基于VLC可見光通信的新型導購系統的研究

摘要：提出一種基于可見光通信的新型導購系統。通過建立LED系統模型，研究可見光通信系統中的鏈路切換技術研究，以及解決相鄰的LED發出的可見光信號區域重疊問題。

關鍵詞：可見光通信;亮度調節;鏈路切換

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0239-02

Research on a New Shopping Guide System Based on VLC Visible Light Communication

QIAO Qi

（Huaian College of Information Technology， Huaian 223003， China）

Abstract：This paper presents A new shopping guide system base on the visible light communication technology. By establishing LED system model， Research on link handover technology in visible light communication system， solve the overlap problem of visible light signal emitted by adjacent LED.

Key words： Visible light communication; Brightness adjustment of LED; Link switch

可見光通信（VLC）是近年來飛速發展的一種新型的無線通信方式，利用可見光波段的光作為信息的傳播載體，在空氣中直接傳輸光信號。現有的無線傳輸系統多數采用GPS、藍牙以及紅外線等方式傳輸信號，與現有的這些系統相比，可見光通信系統是安全環保的，在可見光通信系統中多采用白光LED，白光LED發出的光源是對人體無害，而且在可見光信號傳輸過程也不會產生電磁干擾。其次可見光通信系統相對來說比較節約資源，可見光通信系統可以同時完成照明和通信兩大功能，無須另外鋪設線路，只需對原有的LED進行改造，而且利用原有照明線路給系統進行供電，就可以同時實現照明和通信兩個功能。本文研究可見光通信中的自適應鏈路切換技術以及信號重合干擾等。

1 建立LED系統模型

可見光通信系統通常使用白光LED燈作為信號的發送器件，給白光LED燈裝上微芯片，可以控制它每秒數百萬次閃爍，LED亮就表示1，燈滅表示0。由于閃爍頻率很快，人眼根本不會覺察到，但是光敏傳感器卻可以接收到這樣的變化，這樣二進數的數據就這樣被快速的編碼成為通信信號，并可以進行有效的傳輸。本文基于VLC可見光通信的新型導購系統采用大功率白光LED作為照明通信電源，利用LED易于調制的特點，將信號調制成光載波信號在空間中傳輸，最后在終端實現信號的接收和識別。

首先建立LED系統模型，本文采用兩個LED，可見光通信系統模型如圖1所示，兩個LED安裝在房屋天花板上，信號接收終端位于高于地面0.8m的接收平面上。研究LED布局、LED的半功率角、接收終端的視場角對系統連通性、鏈路切換性能的影響。

進一步提出三個及以上LED系統模型，研究自適應鏈路切換，便于應用到真實場景中。

2 自適應鏈路切換技術

LED燈光是有發射角度的，該角度稱之為LED的半功率角，其半功率角越大，則照明范圍越大，以滿足照明需求，并支持移動中的數據傳輸。LED的光照示意圖如圖2所示。其中[Φ12]為LED的半功率角，[α]為LED光線到某一反射點的光照角，[β]為反射光線到接收終端的光照角，Ψc為光線的入射角，[D1]為LED到反射點之間的距離，[D2]為反射點到接收終端的距離。

存在兩種情況：LED的視場角大于等于半功率角和視場角小于半功率角。本文僅研究[Ψc≤Φ12]的情況，此時接收器能夠接收到信號的區域要小于LED光照覆蓋區域范圍。

可見光通信中的鏈路切換。對于導購系統來說，連通性是急需解決的一個問題。本系統的光照均勻度對移動性有一定的影響。連接性會隨著接收終端所在平面的改變而變化，后者的變動會造成LED照明區域和接收終端可視區域的變化。

3 LED亮度調節技術

可見光通信系統中一般需要多個LED，用來滿足照明需求，每一個LED發出的可見光識別信號各不相同，那么相鄰LED發出的信號會發生傳輸范圍重疊的問題，重疊區域里的終端設備就會收到兩個可見光信號，此時進行識別就比較困難。通過LED亮度調節的方式，合理設置系統中設備的信號強度，可以靈活的改變可見光信號傳輸的有效范圍，盡量減少相鄰的LED發出的信號交疊的問題。

在可見光通信系統中，調節LED亮度的方法通常有兩種：脈沖寬度調制和提高LED調制深度。其中LED調制深度與LED光譜偏移特性有關，提高調制深度會影響信號的信噪比，而脈沖寬度調制技術（PWM）則不會有這樣的影響。本文系統中的LED驅動芯片采用脈沖寬度調制技術進行亮度調節，利用PWM方波來控制和調節LED電流大小，其原理是控制調節功率管的占空比調節輸出電流以達到亮度調節的目的，其頻率快到可以掩蓋人眼視覺閃爍的速度，PWM信號控制功率三極管的導通時間。

4 結束語

本文主要研究可見光通信系統中的鏈路切換技術和亮度調節技術，基于照明和通信兩個方面，將可見光通信系統應用到室內移動場景中，提出一種基于可見光通信的導購系統，可應用于超市、大型購物中心，在購物推車上安裝移動終端，如圖3所示，在購物車進入某一購物區域時將自動解析該區域照明設備發出的可見光信號，實現位置定位功能，并為顧客播放相關的多媒體資料，同時提供商品推廣、購物引導等商業信息，是一種新型的商業推廣交互方式，具有很高的市場價值和經濟價值。

參考文獻：

[1] 于正永，董進.一種全雙工VLC無線導覽系統的設計及實現[J].光通信技術，2017（10）：37-41.

[2] 喬琪，聞凱.基于自適應鏈路切換的雙LED室內可見光通信系統[J].光通信技術， 2018（2） ：50-54

[3] 徐子軒.基于VLC的無線導覽系統的設計與實現[J].光通信技術，2012（3） ：60-63.

[4] 王家安.室內可見光通信系統光源LED布局優優化與性能分析[J].中國激光，2018（5）：172-183.