一种基于无线可见光通信的室内定位系统设计

作者:孙培琰; 刊名:中国战略新兴产业 上传者:顾彩虹

【摘要】随着社会的发展,人们对获取数据的需求从两个维度上产生了重大改变,一是数据传输量的需求大大增加,二是数据传输精度的需求也在显著提升。因此通信和定位是实现基于位置的高精度高速率信息传输的关键技术。本文从高速率无线可见光通信技术入手,探索了无线可见光通信技术的实现方法,深入分析了这种通信系统所应用的场景的特点,针对这些特点,我们重点研究了基于无线可见光通信的室内定位算法的设计,实现照明、通信和室内定位的功能复用。为了进一步充分发掘无线可见光通信的优点,我们还分析了基于无线可见光通信的利用位置信息的各种数据型应用。

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新科技 128 一种基于无线可见光通信的室内定位系统设计 孙培琰 (湖北省宜昌市第一中学,湖北 宜昌 443000) 摘要:随着社会的发展,人们对获取数据的需求从两个维度上产生了重大改变,一是数据传输量的需求大大增加,二是数据传输精度的需求也在显著提升。因此通信和定位是实现基于位置的高精度高速率信息传输的关键技术。本文从高速率无线可见光通信技术入手,探索了无线可见光通信技术的实现方法,深入分析了这种通信系统所应用的场景的特点,针对这些特点,我们重点研究了基于无线可见光通信的室内定位算法的设计,实现照明、通信和室内定位的功能复用。为了进一步充分发掘无线可见光通信的优点,我们还分析了基于无线可见光通信的利用位置信息的各种数据型应用。 关键词:无线可见光通信;室内定位;系统设计 通信技术在促进社会经济发展中扮演着越来越重要的角色,分布广泛、技术多样的通信系统成为了如交通系统、水利系统等一样必不可少的与人们生活息息相关的基础设施。然而,现在的通信网络已经难以满足人们快速增长的对数据通信服务的需求,世界各地的研究人员都在探索新的通信和组网技术来应对挑战,无线可见光通信技术成为了研究热点。 除了利用照明用 LED 进行高速数据传输之外,无线可见光技术还能带来其他多种应用,室内定位就是其中一个应用热点。现存的 GPS 定位只能用于室外,基于 Wi-Fi 信号的室内测距和定位技术精度不高,实现复杂度大。现存基于可见光通信的室内定位技术主要有以下几种:(1)接近法。给密集的 LED 按照所在的区域进行编号,定位对象通过判断所接收的信号灯的编号来获取设备所在的位置。该方法实现简单,但成本过于昂贵,精度有限。(2)三角测量法。通过定位目标接收到的信号强度来进行距离的测量,通过多个不同的参考点到达信号的角度不同来测量角度,最终精确定位,但当接收器靠近或贴着墙壁的时候误差会比较大,并且对信号处理技术的要求比较高。(3)情景分析法。对一个场景中的每一个采集点的位置信息(又称指纹)进行采集然后储存起来建立指纹库,然后通过实时收集定位目标的信息与指纹库中的信息匹配起来,来达到定位的目的。该方法只能运用在特定环境中,要事先采集多个指纹建立指纹库,前期的准备工作量较大。 本文就设计了一种基于无线可见光通信技术的室内定位系统,其创新点有三个方面:(1)将无线可见光通信与定位相结合,实现 LED 的照明、通信和室内定位的功能复用;(2)设计了一种精确度高、适应性强的无线可见光通信定位算法,该算法结合了光源序列和三角测量法,是一种混合式定位算法,可以实现不同颗粒度的定位需求;(3)针对不同的应用场景,我们进一步阐述了更多的基于无线可见光通信和室内定位的增强功能,如针对博物馆的展品信息获取和广播,拓展了系统的应用范围。 一、应用场景分析 基于无线可见光通信的室内定位系统所适用的场景十分明确,它们具有如下共同特点: 1、需要进行长期的照明,满足无线可见光通信系统的基本部署条件,如地下大型停车场。2、对精确的室内定位有必要和急切的需求。像在大超市里巴掌大的商品尽管有分区,但是还是经常会发生找不到商品的情况。3、大量部署其他室内定位设备成本高、干扰大。例如在地下车库部署大量 WiFi 接入点实属浪费。4、容易扩展出数据型的下行为主的附加应用。例如在博物馆中给参观者提供大量的多媒体讲解信息。 二、系统设计 本文所设计的基于无线可见光通信的室内定位系统包含两种类型的节点,一种是悬挂在天花板上的接入点,一种是用户所手持的用户设备。接入点与照明光源集成在一起,用可见光信号传递从接入点到用户设备的可见光下

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