LED可見光通信定位及若干定位方式的簡介與比較

徐勝朋 徐盛濤

摘要：隨著現代科技的不斷進步，通信技術的發展越來越好。在現代，無線定位技術已經逐漸為人民提供服務，并且越來越受到人民的關注。在現代經濟、軍事以及人民的生活中都存在無線定位技術的應用。常見的LED可見光通信定位系統有很多種，本文只介紹四種，這些技術分別利用紅外線、超聲波、藍牙以及無線網絡等特點實現定位功能。本文研究可見光通信技術的概念及其重要性，然后介紹幾種常見的可見光通信技術。

關鍵詞：可見光;通信技術;定位方式;簡介;比較

隨著現代社會發展，定位技術的研發越來越重要?？梢姽馔ㄐ偶夹g是建立在有LED光之下的，因為LED燈光有別于傳統的白熾燈，可以通過發出閃爍的光傳遞信息，實現定位功能。并且利用LED等光傳遞信號穩定、高效，可以在室內實現定位功能，便于研究人員研究室內定位技術。傳統的定位系統只能定位室外的物體，不能穿透建筑物，研究室內定位技術正好填補這一部分的技術空白。

一、可見光通信技術概述

（一）技術理念

可見光通信技術是以擁有LED燈光為前提實現定位功能的。在室內環境中，LED燈發散出忽明忽暗的燈光對傳輸信息進行編碼，將其處理為特殊信號，并且將這些信號分別采用對應的調制方式將其加載到LED燈的驅動電流上，通過電流的傳輸將其帶到下一個接受端中，完成傳遞信息的功能。LED燈光比傳統的燈光更加穩定，并且傳遞信號的速度快，保密性能更高且具有很好的抗干擾功能，所以LED燈光更適合作為傳輸信號的媒介，實現傳遞信息的功能，為人民提供定位服務。在利用該技術時，只需要將網絡的電線裝置安裝在LED燈光電路之中，無需開啟電腦，只要開啟電源就可以使用，為人民提供便利。只要是被LED燈光照射的位置都可以實現定位功能，所以采用該技術應用于室內定位系統可以滿足人民的定位需求。

（二）技術重要性

隨著現代社會的發展，人民不僅僅需要室外定位技術，也需要室內定位技術。傳統的定位系統，例如GPS定位系統、北斗定位系統等大型定位系統只可以在室外完成定位功能，不能夠定位室內的物體?，F代人們工作、生活的環境大部分都是在室內，所以需要在室內擁有定位的功能。GPS定位系統在大型商場或者地下停車場內信號較弱的地方很有可能出現失靈的狀況，無法對物體進行精準定位。所以為滿足人民生活、工作的需求，研發室內定位系統，為人民提供便利。研發室內定位系統可以縮小定位系統的盲區，填補定位系統的技術空白。

二、常見的可見光通信技術

（一）紅外線定位技術

顧名思義，紅外線定位技術就是利用紅外線傳輸信號實現定位功能的技術。紅外線其實就是太陽光中不可見光的一種，其波長位于微波與可見光之中，是一種波長介于760nm～1mm之間的電磁波。現代關于紅外線的應用有很多，普遍應用于測量領域之中，在醫學之中有較大的發揮潛力。將紅外線應用于定位系統，讓紅外線發射器發射紅外信號，并用室內的光學感應器接受，之后再通過網絡將數據傳輸給控制中心，控制端可以采用對應的算法對其進行解析計算，判斷物體位置，實現定位的功能。在室內對某個物體實現精準定位有兩種方式，一種是將被測物體重點處理，將可以發射紅外線標簽黏貼在被測物體上，讓其發射紅外線。室內的傳感器就可以接受紅外信號完成信息傳輸，判斷物體位置。另一種是準備很多發射器和感應器組成紅外線覆蓋網，自動對物體進行定位。

（二）超聲波定位技術

所謂超聲波定位技術就是在被測物體上加裝超聲波發射器，然后將被測物體放置在安裝很多超聲波感應器的環境之中對其測量。或者將超聲波感應器安裝在被測物體之中，再將被測物體放置在擁有很多超聲波接收器當中對其測量計算。這種技術是通過測量超聲波接收器到發射器的時間計算距離，判斷被測物體方位的。在該技術實踐應用時，為防止出現誤差，減少信號同步的可能性，通常在被測物體上安裝超聲波發射端，在被測物體所處的室內環境之中安裝超聲波接收端，測量數據，并且通過三邊定位法判斷被側物體位置。三邊定位算法是利用三個已知接收端位置到發射端位置的距離，分別以接收端位置為圓心，以兩端的距離為半徑畫圓，判斷被測物體位置。但是在實際測量中，這種算法只能縮小位置，無法計算具體位置。所以應該再利用估算法、最小二乘法或三角形質心算法對其具體位置進行再判斷。

（三）藍牙定位技術

藍牙技術是人民在日常生活中經常使用的功能，人民可以利用藍牙技術傳送數據，藍牙技術可以實現短距離信息傳輸的技術，該技術耗能低，深受人民喜歡。將藍牙技術應用在室內定位系統中是非常方便的，只要在人們的移動設備中安裝藍牙智能模塊就可以利用藍牙技術實現定位功能。藍牙定位技術的主要傳輸途徑與上述技術相差不大，但是其算法有所不同?？梢岳脙煞N算法對其進行計算，分別是利用傳輸時間計算和利用信號衰減這一特性計算。前一種方法有較大誤差，容易出現信號同步的現象，且時間的計量單位過小，無線電波的傳播速度過快，需要納米級的時鐘對其測量，難度較大。后一種方法主要有兩種實現方式，一種為利用理想模型公式對其計算，但是實際生活中容易出現意外和誤差。利用純理論計算會出現很大誤差，第二種是先預測被測物體所處環境的參考點信號強度，建立信息數據庫，通過經驗分析法對其進行定位。藍牙定位技術在應用過程中受到環境影響較大，并不穩定，所以并不建議大規模使用。

（四）無線網絡定位技術

無線網絡定位技術主要分為兩種定位方式。一種為Wifi定位技術，另一種為ZigBee定位技術。①Wifi定位技術是利用Wifi網絡的特性對其進行定位的。每一個網絡的都有唯一的一個IP地址。其計算方式主要分為兩種，利用經驗分析法或者三角定位法對其進行計算。其經驗分析法的計算方式大致與藍牙定位系統的計算方式相同，但是其信號的傳輸功能比藍牙定位技術要好，可以實現大范圍的定位和追蹤?，F在大多數的公共場所或者居民住所都有Wifi，所以當移動設備的信號不可用時，可以使用Wifi的信號進行通信傳輸和定位。②ZigBee也是一種無線網絡，可以實現短距離的信息傳輸，并且其功耗很低。ZigBee定位技術是在室內布置很多盲節點，并且在已知部位布置一個特殊節點，將節點與網間連接器進行組網，節點之間相互傳輸信息鎖定被測物體位置。該技術低能耗，并且工作效率高，但是容易受到多徑效應的影響，其測量精準度不高。

結束語：隨著社會的發展，定位系統越來越重要，已經逐漸引起人民的關注。目前已經廣泛應用的GPS等定位系統只能對室外的物體定位，由于室內信號弱，無法對室內物體實現精準定位，所以應該大力開發室內定位系統?，F代室內定位系統有很多種，本文介紹常見的四種，主要有紅外線定位系統、超聲波定位系統、藍牙定位系統和無線網絡定位技術，并且已經對其特點、原理等進行詳細分析，每種定位系統都有其獨特的應用優勢。現代室內定位系統的研發彌補原有定位系統的性能缺陷。

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作者簡介：

徐勝朋（1976.06），女，山東淄博人，本科，從事電力信息通信技術研究和管理。畢業學院：山東大學

徐盛濤（1972.4），男 漢族 山東蓬萊人，本科，高級工程師，從事信息、通信、自動化等專業研究，畢業學校：華北電力學院

（作者單位：1國網山東省電力公司淄博供電公司;2國網煙臺供電公司）