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

背景技術：

LED(LightingEmittingDiode，發(fā)光二極管)被稱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，在提供室內(nèi)照明的同時還可應用于無線光通信系統(tǒng)中，同時滿足室內(nèi)上網(wǎng)以及一系列擴展應用。室內(nèi)可見光通信通常需要多個LED同時發(fā)送信息，LED均勻布置覆蓋不同區(qū)域，不同LED作為光源負責接入不同區(qū)域的用戶，動態(tài)調(diào)整所屬區(qū)域的用戶和發(fā)送數(shù)據(jù)。這種基于位置的空分復用方式首先需要解決用戶的定位問題，只有先確定用戶所在區(qū)域，才能通知該區(qū)域的LED將信號發(fā)送給用戶，因此，對用戶進行定位是可見光通信的關鍵技術之一。

在接收端基于可見光的閃爍或者頻率不同來區(qū)分各LED是常見的手段，但可見光通信利用LED的明滅閃爍來通信，在通信過程中實現(xiàn)定位和標識會使可見光通信系統(tǒng)更復雜，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，通過外部手段來確定覆蓋用戶的LED，定位其所屬區(qū)域，輔助可見光通信過程。

目前基于可見光的室內(nèi)定位通常采用基于RSS(Received Signal Power，接收信號強度)、AOA(Angle of arrival，接收信號角度)、TOA(Time of Arrival，到達時間)等方法。但測量接收信號強度波動和干擾很大，環(huán)境中其他可見光易干擾接收信號的處理；測量可見光信號的入射角度需要精密光學設備；測量光脈沖的到達時間，對光源和時鐘精度要求極高。總之，已有方法受制于硬件限制和應用環(huán)境，難以實現(xiàn)簡單可靠的可見光定位。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于輔助定位的可見光通信系統(tǒng)及方法，通信和定位功能分離，實現(xiàn)簡單可靠的可見光定位，輔助可見光通信。

為達到以上目的，本發(fā)明采取一種基于輔助定位的可見光通信系統(tǒng)，包括多個發(fā)送端和一個接收端，所述發(fā)送端包括可見光信號發(fā)送單元和紅外信號發(fā)送單元，可見光信號發(fā)送單元用于發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見光信號，紅外信號發(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；可見光信號發(fā)送單元包括可見光LED，紅外信號發(fā)送單元包括與所述可見光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光信號接收單元和紅外信號接收單元，可見光信號接收單元用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端的可見光信號，所述紅外信號接收單元用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端的紅外光信號，并識別紅外光信號中的發(fā)送端ID；可見光信號接收單元包括可見光探測器，紅外信號接收單元包括與所述可見光探測器緊鄰布置且接收角范圍相同的紅外光探測器。

在上述技術方案的基礎上，所述可見光發(fā)送單元包括可見光LED驅(qū)動電路，用于將發(fā)送信號調(diào)制到可見光上，并驅(qū)動所述可見光LED發(fā)出可見光信號。

在上述技術方案的基礎上，所述紅外信號發(fā)送單元包括紅外信號控制單元和紅外LED驅(qū)動電路，紅外信號控制單元用于存儲發(fā)送端ID并選擇不同時序發(fā)出發(fā)送端ID信息；紅外LED驅(qū)動電路接收發(fā)送端ID信息，并驅(qū)動所述紅外LED發(fā)出攜帶發(fā)送端ID的紅外光信號。

在上述技術方案的基礎上，所述可見光接收單元包括可見光接收電路，用于接收可見光探測器探測到的可見光信號。

在上述技術方案的基礎上，所述紅外信號接收單元還包括紅外光接收電路和紅外信號處理單元，紅外光接收電路用于接收紅外光探測器探測到的紅外光信號，并識別紅外光信號攜帶的發(fā)送端ID，紅外信號處理單元用于判斷當前所處的紅外光信號覆蓋區(qū)域和對應的發(fā)送端。

在上述技術方案的基礎上，所述發(fā)送端，可見光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，可見光探測器和緊鄰布置的紅外光探測器共面且探測軸線平行。

本發(fā)明還提供一種基于輔助定位的可見光通信方法，包括步驟：發(fā)送端通過可見光LED發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見光信號，通過紅外LED發(fā)送攜帶該發(fā)送端ID信息的紅外光信號；接收端通過可見光信號接收單元接收來自發(fā)送端的可見光信號，通過紅外信號接收單元接來自發(fā)送端的紅外光信號，識別紅外光信號中攜帶的發(fā)送端ID，根據(jù)紅外光信號的發(fā)送端ID，判斷當前所處的紅外光信號覆蓋區(qū)域和對應的發(fā)送端。

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

在上述技術方案的基礎上，多個發(fā)送端通過不同的時隙分時發(fā)送紅外光信號。

在上述技術方案的基礎上，接收端將當前紅外光信號覆蓋的區(qū)域或最佳信源反饋回相應的發(fā)送端。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明基于可見光和紅外光近似的光照特性，通過在可見光通信系統(tǒng)中，發(fā)送端緊鄰布置光照模型相同的可見光LED和紅外LED，接收端緊鄰布置接收角范圍相同的可見光探測器和紅外光探測器，接收端在接收可見光信號的同時，紅外光探測器接收來自不同發(fā)送端的紅外光信號，并根據(jù)接收紅外光信號攜帶的發(fā)送端ID確定接收信號來源，在接收端基于簡單硬件，即可確定接收端所在的可見光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，還能夠根據(jù)對應接收功率進一步確定發(fā)送端的位置，提高了定位的準確度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例基于輔助定位的可見光通信系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例基于輔助定位的可見光通信方法的詳細流程圖。

附圖標記：

發(fā)送端1，可見光信號發(fā)送單元11，可見光LED驅(qū)動電路111，可見光LED112；紅外信號發(fā)送單元12，紅外信號控制單元121，紅外LED驅(qū)動電路122，紅外LED123；

接收端2，可見光信號接收單元21，可見光探測器211，可見光接收電路212；紅外信號接收單元22，紅外光探測器221，紅外光接收電路222，紅外信號處理單元223。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

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

如圖1所示，發(fā)送端1包括可見光信號發(fā)送單元11和紅外信號發(fā)送單元12，可見光信號發(fā)送單元11用于發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見光信號，紅外信號發(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。進一步的，可見光信號發(fā)送單元11包括可見光LED驅(qū)動電路111和可見光LED112，可見光驅(qū)動電路111用于將待發(fā)送信號調(diào)制到可見光上，并驅(qū)動可見光LED112發(fā)出可見光信號。紅外信號發(fā)送單元12包括紅外信號控制單元121、紅外LED驅(qū)動電路122和紅外LED123，紅外信號控制單元121用于存儲發(fā)送端ID，并選擇不同時隙分時發(fā)出ID信息；紅外LED驅(qū)動電路122接收發(fā)送端ID信息，并驅(qū)動紅外LED123發(fā)出攜帶發(fā)送端ID的紅外光信號。并且，每個發(fā)送端1中，可見光LED112和紅外LED123緊鄰布置，光照模型相同，優(yōu)選的，可見光LED112和緊鄰布置的紅外LED123共面，且光軸均垂直向下。優(yōu)選的，可見光LED驅(qū)動電路111包括一個偏置電路和直流電源，用于驅(qū)動可見光LED112發(fā)出可見光信號。

如圖1所示，接收端2包括可見光信號接收單元21和紅外信號接收單元22，可見光信號接收單元21用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端1的可見光信號，紅外信號接收單元22用于接收范圍內(nèi)發(fā)送端1的紅外光信號，并識別紅外光信號中的發(fā)送端ID。進一步的，可見光接收單元21包括可見光探測器211和可見光接收電路212，可見光探測器211用于探測來自發(fā)送端1的可見光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，可見光接收電路212用于接收可見光探測器211探測到的、轉(zhuǎn)換為電信號的可見光信號。紅外信號接收單元22包括紅外光探測器221、紅外光接收電路222和紅外信號處理單元223，紅外光探測器221探測來自發(fā)送端1的紅外光信號，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，紅外光接收電路222用于接收紅外光探測器221探測到的、轉(zhuǎn)換為電信號的紅外光信號，并識別紅外光信號攜帶的發(fā)送端ID，并記錄其來源和對應的接收功率，紅外信號處理單元223用于根據(jù)發(fā)送端ID，判斷當前所處的紅外光信號覆蓋區(qū)域和對應的發(fā)送端，進而推算出所處的可見光信號覆蓋區(qū)域。并且，在接收端2中，可見光探測器211和紅外光探測器221緊鄰布置，具有接收角范圍相同。優(yōu)選的，可見光探測器211和緊鄰布置的紅外光探測器221共面且探測軸線平行。優(yōu)選的，紅外光接收電路222包括濾波均衡電路、信號放大電路等模塊，其中濾波均衡電路是對電信號進行相關的濾波、均衡以適應信道傳輸，信號放大電路是對信號進行放大。

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

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

S2.多個發(fā)送端1通過各自的可見光LED112發(fā)送帶有通信數(shù)據(jù)的可見光信號，通過紅外LED123發(fā)送攜帶該發(fā)送端ID信息的紅外光信號。為了最大可能的減少沖突，多個發(fā)送端1選擇不同的時隙輪流發(fā)送，可采用避免碰撞的算法。

S3.接收端2通過可見光信號接收單元21接收來自發(fā)送端1的可見光信號，通過紅外信號接收單元22接來自發(fā)送端1的紅外光信號。紅外信號接收單元22的紅外光接收電路222從接收到的紅外光信號中識別出不同發(fā)送端ID，并記錄信號來自哪些發(fā)送端1的紅外LED123，以及記錄對應接收功率。其中，紅外光探測器221和紅外光接收電路222需要具有在不同信號功率水平和環(huán)境干擾條件下接收信號的能力。紅外信號處理單元223用于根據(jù)紅外光信號的發(fā)送端ID，判斷當前所處的紅外光信號覆蓋區(qū)域和對應的發(fā)送端，進而推算出所處的可見光信號覆蓋區(qū)域。具體的，根據(jù)接收發(fā)送端ID，可初步判斷當前所處紅外光信號覆蓋的區(qū)域，確定可以接收到哪幾個發(fā)送端1中可見光LED112的信號，進而推算出所處的可見光信號覆蓋區(qū)域；也可以結合不同信號的接收功率，進一步判斷多個信源中哪個信號最強，實現(xiàn)更復雜優(yōu)化的接收算法。

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

本發(fā)明不局限于上述實施方式，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領域?qū)I(yè)技術人員公知的現(xiàn)有技術。