本發(fā)明涉及LED可見(jiàn)光通信和定位領(lǐng)域，具體來(lái)講是一種基于輔助定位的可見(jiàn)光通信系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

LED(LightingEmittingDiode，發(fā)光二極管)被稱(chēng)為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、安全、可用頻譜寬等優(yōu)點(diǎn)，在提供室內(nèi)照明的同時(shí)還可應(yīng)用于無(wú)線(xiàn)光通信系統(tǒng)中，同時(shí)滿(mǎn)足室內(nèi)上網(wǎng)以及一系列擴(kuò)展應(yīng)用。室內(nèi)可見(jiàn)光通信通常需要多個(gè)LED同時(shí)發(fā)送信息，LED均勻布置覆蓋不同區(qū)域，不同LED作為光源負(fù)責(zé)接入不同區(qū)域的用戶(hù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整所屬區(qū)域的用戶(hù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。這種基于位置的空分復(fù)用方式首先需要解決用戶(hù)的定位問(wèn)題，只有先確定用戶(hù)所在區(qū)域，才能通知該區(qū)域的LED將信號(hào)發(fā)送給用戶(hù)，因此，對(duì)用戶(hù)進(jìn)行定位是可見(jiàn)光通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。

在接收端基于可見(jiàn)光的閃爍或者頻率不同來(lái)區(qū)分各LED是常見(jiàn)的手段，但可見(jiàn)光通信利用LED的明滅閃爍來(lái)通信，在通信過(guò)程中實(shí)現(xiàn)定位和標(biāo)識(shí)會(huì)使可見(jiàn)光通信系統(tǒng)更復(fù)雜，為不同LED劃分不同頻帶更是困難。因此，有必要將通信和定位功能分離，通過(guò)外部手段來(lái)確定覆蓋用戶(hù)的LED，定位其所屬區(qū)域，輔助可見(jiàn)光通信過(guò)程。

目前基于可見(jiàn)光的室內(nèi)定位通常采用基于RSS(Received Signal Power，接收信號(hào)強(qiáng)度)、AOA(Angle of arrival，接收信號(hào)角度)、TOA(Time of Arrival，到達(dá)時(shí)間)等方法。但測(cè)量接收信號(hào)強(qiáng)度波動(dòng)和干擾很大，環(huán)境中其他可見(jiàn)光易干擾接收信號(hào)的處理；測(cè)量可見(jiàn)光信號(hào)的入射角度需要精密光學(xué)設(shè)備；測(cè)量光脈沖的到達(dá)時(shí)間，對(duì)光源和時(shí)鐘精度要求極高?？傊延蟹椒ㄊ苤朴谟布拗坪蛻?yīng)用環(huán)境，難以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的可見(jiàn)光定位。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于輔助定位的可見(jiàn)光通信系統(tǒng)及方法，通信和定位功能分離，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的可見(jiàn)光定位，輔助可見(jiàn)光通信。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采取一種基于輔助定位的可見(jiàn)光通信系統(tǒng)，包括多個(gè)發(fā)送端和一個(gè)接收端，所述發(fā)送端包括可見(jiàn)光信號(hào)發(fā)送單元和紅外信號(hào)發(fā)送單元，可見(jiàn)光信號(hào)發(fā)送單元用于發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見(jiàn)光信號(hào)，紅外信號(hào)發(fā)送單元用于發(fā)送含有該發(fā)送端ID信息的紅外光信號(hào)；可見(jiàn)光信號(hào)發(fā)送單元包括可見(jiàn)光LED，紅外信號(hào)發(fā)送單元包括與所述可見(jiàn)光LED緊鄰布置且光照模型相同的紅外LED；所述接收端包括可見(jiàn)光信號(hào)接收單元和紅外信號(hào)接收單元，可見(jiàn)光信號(hào)接收單元用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端的可見(jiàn)光信號(hào)，所述紅外信號(hào)接收單元用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端的紅外光信號(hào)，并識(shí)別紅外光信號(hào)中的發(fā)送端ID；可見(jiàn)光信號(hào)接收單元包括可見(jiàn)光探測(cè)器，紅外信號(hào)接收單元包括與所述可見(jiàn)光探測(cè)器緊鄰布置且接收角范圍相同的紅外光探測(cè)器。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可見(jiàn)光發(fā)送單元包括可見(jiàn)光LED驅(qū)動(dòng)電路，用于將發(fā)送信號(hào)調(diào)制到可見(jiàn)光上，并驅(qū)動(dòng)所述可見(jiàn)光LED發(fā)出可見(jiàn)光信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述紅外信號(hào)發(fā)送單元包括紅外信號(hào)控制單元和紅外LED驅(qū)動(dòng)電路，紅外信號(hào)控制單元用于存儲(chǔ)發(fā)送端ID并選擇不同時(shí)序發(fā)出發(fā)送端ID信息；紅外LED驅(qū)動(dòng)電路接收發(fā)送端ID信息，并驅(qū)動(dòng)所述紅外LED發(fā)出攜帶發(fā)送端ID的紅外光信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述可見(jiàn)光接收單元包括可見(jiàn)光接收電路，用于接收可見(jiàn)光探測(cè)器探測(cè)到的可見(jiàn)光信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述紅外信號(hào)接收單元還包括紅外光接收電路和紅外信號(hào)處理單元，紅外光接收電路用于接收紅外光探測(cè)器探測(cè)到的紅外光信號(hào)，并識(shí)別紅外光信號(hào)攜帶的發(fā)送端ID，紅外信號(hào)處理單元用于判斷當(dāng)前所處的紅外光信號(hào)覆蓋區(qū)域和對(duì)應(yīng)的發(fā)送端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述發(fā)送端，可見(jiàn)光LED和緊鄰布置的紅外LED共面，且光軸均垂直向下；所述接收端，可見(jiàn)光探測(cè)器和緊鄰布置的紅外光探測(cè)器共面且探測(cè)軸線(xiàn)平行。

本發(fā)明還提供一種基于輔助定位的可見(jiàn)光通信方法，包括步驟：發(fā)送端通過(guò)可見(jiàn)光LED發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見(jiàn)光信號(hào)，通過(guò)紅外LED發(fā)送攜帶該發(fā)送端ID信息的紅外光信號(hào)；接收端通過(guò)可見(jiàn)光信號(hào)接收單元接收來(lái)自發(fā)送端的可見(jiàn)光信號(hào)，通過(guò)紅外信號(hào)接收單元接來(lái)自發(fā)送端的紅外光信號(hào)，識(shí)別紅外光信號(hào)中攜帶的發(fā)送端ID，根據(jù)紅外光信號(hào)的發(fā)送端ID，判斷當(dāng)前所處的紅外光信號(hào)覆蓋區(qū)域和對(duì)應(yīng)的發(fā)送端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，發(fā)送端和接收端通信之前，匹配可見(jiàn)光LED和紅外LED的光照模型相同，匹配可見(jiàn)光探測(cè)器和紅外光探測(cè)器的接收角范圍相同，并為各發(fā)送端分配不同的ID。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，多個(gè)發(fā)送端通過(guò)不同的時(shí)隙分時(shí)發(fā)送紅外光信號(hào)。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，接收端將當(dāng)前紅外光信號(hào)覆蓋的區(qū)域或最佳信源反饋回相應(yīng)的發(fā)送端。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明基于可見(jiàn)光和紅外光近似的光照特性，通過(guò)在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中，發(fā)送端緊鄰布置光照模型相同的可見(jiàn)光LED和紅外LED，接收端緊鄰布置接收角范圍相同的可見(jiàn)光探測(cè)器和紅外光探測(cè)器，接收端在接收可見(jiàn)光信號(hào)的同時(shí)，紅外光探測(cè)器接收來(lái)自不同發(fā)送端的紅外光信號(hào)，并根據(jù)接收紅外光信號(hào)攜帶的發(fā)送端ID確定接收信號(hào)來(lái)源，在接收端基于簡(jiǎn)單硬件，即可確定接收端所在的可見(jiàn)光LED照明區(qū)域，將通信和定位功能分離，以此輔助多信源條件下的可見(jiàn)光通信，大大減少了干擾且成本較低。另外，接收端在接收發(fā)送端ID的同時(shí)，還能夠根據(jù)對(duì)應(yīng)接收功率進(jìn)一步確定發(fā)送端的位置，提高了定位的準(zhǔn)確度。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例基于輔助定位的可見(jiàn)光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例基于輔助定位的可見(jiàn)光通信方法的詳細(xì)流程圖。

附圖標(biāo)記：

發(fā)送端1，可見(jiàn)光信號(hào)發(fā)送單元11，可見(jiàn)光LED驅(qū)動(dòng)電路111，可見(jiàn)光LED112；紅外信號(hào)發(fā)送單元12，紅外信號(hào)控制單元121，紅外LED驅(qū)動(dòng)電路122，紅外LED123；

接收端2，可見(jiàn)光信號(hào)接收單元21，可見(jiàn)光探測(cè)器211，可見(jiàn)光接收電路212；紅外信號(hào)接收單元22，紅外光探測(cè)器221，紅外光接收電路222，紅外信號(hào)處理單元223。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明基于輔助定位的可見(jiàn)光通信系統(tǒng)包括多個(gè)發(fā)送端1和一個(gè)接收端2，二者相互通信。

如圖1所示，發(fā)送端1包括可見(jiàn)光信號(hào)發(fā)送單元11和紅外信號(hào)發(fā)送單元12，可見(jiàn)光信號(hào)發(fā)送單元11用于發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見(jiàn)光信號(hào)，紅外信號(hào)發(fā)送單元12用于發(fā)送含有該發(fā)送端ID信息的紅外光信號(hào)。進(jìn)一步的，可見(jiàn)光信號(hào)發(fā)送單元11包括可見(jiàn)光LED驅(qū)動(dòng)電路111和可見(jiàn)光LED112，可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)電路111用于將待發(fā)送信號(hào)調(diào)制到可見(jiàn)光上，并驅(qū)動(dòng)可見(jiàn)光LED112發(fā)出可見(jiàn)光信號(hào)。紅外信號(hào)發(fā)送單元12包括紅外信號(hào)控制單元121、紅外LED驅(qū)動(dòng)電路122和紅外LED123，紅外信號(hào)控制單元121用于存儲(chǔ)發(fā)送端ID，并選擇不同時(shí)隙分時(shí)發(fā)出ID信息；紅外LED驅(qū)動(dòng)電路122接收發(fā)送端ID信息，并驅(qū)動(dòng)紅外LED123發(fā)出攜帶發(fā)送端ID的紅外光信號(hào)。并且，每個(gè)發(fā)送端1中，可見(jiàn)光LED112和紅外LED123緊鄰布置，光照模型相同，優(yōu)選的，可見(jiàn)光LED112和緊鄰布置的紅外LED123共面，且光軸均垂直向下。優(yōu)選的，可見(jiàn)光LED驅(qū)動(dòng)電路111包括一個(gè)偏置電路和直流電源，用于驅(qū)動(dòng)可見(jiàn)光LED112發(fā)出可見(jiàn)光信號(hào)。

如圖1所示，接收端2包括可見(jiàn)光信號(hào)接收單元21和紅外信號(hào)接收單元22，可見(jiàn)光信號(hào)接收單元21用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端1的可見(jiàn)光信號(hào)，紅外信號(hào)接收單元22用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端1的紅外光信號(hào)，并識(shí)別紅外光信號(hào)中的發(fā)送端ID。進(jìn)一步的，可見(jiàn)光接收單元21包括可見(jiàn)光探測(cè)器211和可見(jiàn)光接收電路212，可見(jiàn)光探測(cè)器211用于探測(cè)來(lái)自發(fā)送端1的可見(jiàn)光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，可見(jiàn)光接收電路212用于接收可見(jiàn)光探測(cè)器211探測(cè)到的、轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的可見(jiàn)光信號(hào)。紅外信號(hào)接收單元22包括紅外光探測(cè)器221、紅外光接收電路222和紅外信號(hào)處理單元223，紅外光探測(cè)器221探測(cè)來(lái)自發(fā)送端1的紅外光信號(hào)，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，紅外光接收電路222用于接收紅外光探測(cè)器221探測(cè)到的、轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的紅外光信號(hào)，并識(shí)別紅外光信號(hào)攜帶的發(fā)送端ID，并記錄其來(lái)源和對(duì)應(yīng)的接收功率，紅外信號(hào)處理單元223用于根據(jù)發(fā)送端ID，判斷當(dāng)前所處的紅外光信號(hào)覆蓋區(qū)域和對(duì)應(yīng)的發(fā)送端，進(jìn)而推算出所處的可見(jiàn)光信號(hào)覆蓋區(qū)域。并且，在接收端2中，可見(jiàn)光探測(cè)器211和紅外光探測(cè)器221緊鄰布置，具有接收角范圍相同。優(yōu)選的，可見(jiàn)光探測(cè)器211和緊鄰布置的紅外光探測(cè)器221共面且探測(cè)軸線(xiàn)平行。優(yōu)選的，紅外光接收電路222包括濾波均衡電路、信號(hào)放大電路等模塊，其中濾波均衡電路是對(duì)電信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的濾波、均衡以適應(yīng)信道傳輸，信號(hào)放大電路是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例基于輔助定位的可見(jiàn)光通信方法，具體實(shí)施步驟如下：

S1.在發(fā)送端1和接收端2通信之前，匹配可見(jiàn)光LED112和紅外LED123的光照模型相同，匹配可見(jiàn)光探測(cè)器211和紅外光探測(cè)器221的接收角范圍相同，并為各發(fā)送端分配不同的ID，存儲(chǔ)于相應(yīng)的紅外信號(hào)控制單元121中。

S2.多個(gè)發(fā)送端1通過(guò)各自的可見(jiàn)光LED112發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見(jiàn)光信號(hào)，通過(guò)紅外LED123發(fā)送攜帶該發(fā)送端ID信息的紅外光信號(hào)。為了最大可能的減少?zèng)_突，多個(gè)發(fā)送端1選擇不同的時(shí)隙輪流發(fā)送，可采用避免碰撞的算法。

S3.接收端2通過(guò)可見(jiàn)光信號(hào)接收單元21接收來(lái)自發(fā)送端1的可見(jiàn)光信號(hào)，通過(guò)紅外信號(hào)接收單元22接來(lái)自發(fā)送端1的紅外光信號(hào)。紅外信號(hào)接收單元22的紅外光接收電路222從接收到的紅外光信號(hào)中識(shí)別出不同發(fā)送端ID，并記錄信號(hào)來(lái)自哪些發(fā)送端1的紅外LED123，以及記錄對(duì)應(yīng)接收功率。其中，紅外光探測(cè)器221和紅外光接收電路222需要具有在不同信號(hào)功率水平和環(huán)境干擾條件下接收信號(hào)的能力。紅外信號(hào)處理單元223用于根據(jù)紅外光信號(hào)的發(fā)送端ID，判斷當(dāng)前所處的紅外光信號(hào)覆蓋區(qū)域和對(duì)應(yīng)的發(fā)送端，進(jìn)而推算出所處的可見(jiàn)光信號(hào)覆蓋區(qū)域。具體的，根據(jù)接收發(fā)送端ID，可初步判斷當(dāng)前所處紅外光信號(hào)覆蓋的區(qū)域，確定可以接收到哪幾個(gè)發(fā)送端1中可見(jiàn)光LED112的信號(hào)，進(jìn)而推算出所處的可見(jiàn)光信號(hào)覆蓋區(qū)域；也可以結(jié)合不同信號(hào)的接收功率，進(jìn)一步判斷多個(gè)信源中哪個(gè)信號(hào)最強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜優(yōu)化的接收算法。

S4.根據(jù)需要，接收端2將當(dāng)前所處紅外光信號(hào)覆蓋的區(qū)域或最佳信源反饋回相應(yīng)的發(fā)送端1。如果不需要反饋，則本步驟可以省略。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。