一種使用多色led的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，使用多色LED燈中的多種顏色合成恒定的白光輸出，保證照明質(zhì)量，每個(gè)LED燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見(jiàn)光通信網(wǎng)中鄰近LED燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，接收機(jī)檢測(cè)接收信號(hào)中不同顏色可見(jiàn)光能量的比值并上行反饋至可見(jiàn)光控制中心，可見(jiàn)光控制中心通過(guò)查詢其存儲(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)中所有LED燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊覆蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比及與之對(duì)應(yīng)的LED燈位置，可得知可見(jiàn)光接收機(jī)處于哪一個(gè)或哪幾個(gè)LED燈的覆蓋區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光接收機(jī)的定位。本發(fā)明充分利用可見(jiàn)光信號(hào)的功率資源，在無(wú)需額外的系統(tǒng)負(fù)載的前提下快速定位用戶，不影響可見(jiàn)光信號(hào)的高速傳輸。
【專利說(shuō)明】
-種使用多色LE叫勺可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明是一種可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，屬于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大幅增長(zhǎng)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)必須提供更大的容量和更高效的頻譜利用 率。然而大多數(shù)無(wú)線電波頻譜資源已經(jīng)分配完畢，此外無(wú)線電波還會(huì)對(duì)相鄰的設(shè)備產(chǎn)生干 擾，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)正遭遇容量瓶頸。可見(jiàn)光通信技術(shù)是近幾年興起的無(wú)線通信技術(shù)，它能夠解決 無(wú)線通信頻譜資源日益擁擠的難題?？梢?jiàn)光通信網(wǎng)使用免費(fèi)的可見(jiàn)光頻譜資源，它不僅能 夠避免電磁干擾而且還能使用Lm)節(jié)能材料在提供照明的同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。可見(jiàn)光通信系統(tǒng) 利用低成本的發(fā)光二極管(LED)作為信號(hào)的發(fā)送機(jī)，PIN光電二極管或者雪崩光電二極管作 為接收機(jī)，在室內(nèi)環(huán)境中能夠顯著地減少現(xiàn)有無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)?？梢?jiàn)光通信網(wǎng)通常利 用在室內(nèi)安裝多個(gè)Lm)燈形成無(wú)縫信號(hào)覆蓋及有效照明，然而在移動(dòng)場(chǎng)景中，用戶可能從一 個(gè)Lm)燈的信號(hào)覆蓋區(qū)走入另一個(gè)Lm)燈的信號(hào)覆蓋區(qū)，服務(wù)該用戶的LED燈隨之改變。因 此，可見(jiàn)光通信系統(tǒng)必須及時(shí)對(duì)用戶快速定位W便分配合適的Lm)燈為用戶提供高速下行 數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)不能增加系統(tǒng)的負(fù)載。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，該方法能夠充 分利用可見(jiàn)光信號(hào)的功率資源，在無(wú)需額外的系統(tǒng)負(fù)載的前提下快速定位用戶，不影響可 見(jiàn)光信號(hào)的高速傳輸。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0004] -種使用多色L邸的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，包括：
[0005] a)使用多色L邸燈中的多種顏色合成恒定的白光輸出，保證照明質(zhì)量；
[0006] b)在保證恒定白光輸出的前提下，每個(gè)Lm)燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見(jiàn) 光通信網(wǎng)中鄰近Lm)燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，運(yùn)些各不相同的顏 色輸出功率比設(shè)為可見(jiàn)光接收機(jī)區(qū)分不同L邸燈信號(hào)的依據(jù)；
[0007] C)用戶持有的可見(jiàn)光接收機(jī)檢測(cè)接收信號(hào)中不同顏色可見(jiàn)光能量的比值并形成 上行反饋信號(hào)，發(fā)送至可見(jiàn)光控制中屯、；
[000引d)可見(jiàn)光控制中屯、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中所有L邸燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重 疊覆蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比值，W及與之對(duì)應(yīng)的Lm)燈位置，可得知可見(jiàn)光接收機(jī)處 于哪一個(gè)或哪幾個(gè)L邸燈的覆蓋區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光接收機(jī)的定位。
[0009] 進(jìn)一步地，a)中所述L邸燈中的多種顏色的色度值(xi,yi)，（X2，y2)，'''（XL，yL)，L〉3 滿足W下方程組條件：
[0010]
[OOW 其中（x，y)為白色的色度值，Pj,i為第i個(gè)L抓燈中第巧巾顏色的功率占總發(fā)射可見(jiàn) 光功率的比值;對(duì)于每一個(gè)L邸燈而言，Pi各不相同。
[0012] 進(jìn)一步地，所述方法還包括:設(shè)計(jì)Lm)燈的歸一化功率比，所述設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是使網(wǎng)絡(luò) 中任意兩個(gè)Lm)燈的歸一化功率比之間的最小歐式距離最大;所述L邸燈多種顏色的歸一化 功率比生成的具體方法為：
[0013] e)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中LED燈的數(shù)量隨機(jī)生成滿足所述方程組條件的Lm)燈多種顏色輸出 功率比Pi，P2,. . .，Pm，M為網(wǎng)絡(luò)中L邸燈的個(gè)數(shù)；
[0014] f)設(shè)置參數(shù)α初始值為1，參數(shù)as為闊值口限值；
[001リg)對(duì)于每一個(gè)Pj，j = l，...，M求解使表達(dá)式-ln(Σ片ke邱（-a||Pj-Pk||2))/α最大且 滿足所述方程組條件的輸出功率比Pk，最終得到新的集合Pi，P2, . . .，Pm;
[0016] h)判斷α值是否小于as,若小于，則增大α的數(shù)值，返回步驟g);若大于或等于，則網(wǎng) 絡(luò)中Μ個(gè)L邸燈的多種顏色輸出功率比為Pi，P2,...，Pm。
[0017] 進(jìn)一步地，所述as設(shè)置為5000,所述增大α數(shù)值的方式為擴(kuò)大為原來(lái)數(shù)值的2倍。
[0018] 進(jìn)一步地，所述可見(jiàn)光接收機(jī)具有W下特征：
[0019] i)不僅能夠接收Lm)燈發(fā)送的信號(hào)，還能夠建立上行鏈路并發(fā)送反饋信號(hào)至可見(jiàn) 光控制中屯、；
[0020] j)可見(jiàn)光接收機(jī)前安裝透鏡W便使不同顏色的可見(jiàn)光投射在接收器不同的位置， 降低不同顏色信道間的干擾。
[0021] 進(jìn)一步地，所述上行鏈路為可見(jiàn)光上行接入點(diǎn)，或者WiFi熱點(diǎn)，或者蜂窩網(wǎng)基站， 或者藍(lán)牙，或者紅外線接入點(diǎn)。
[0022] 進(jìn)一步地，所述多色L邸采用4色LED，分別是紅色、綠色、藍(lán)色和青色。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024] 本發(fā)明提出了一種可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，該方法能夠充分利用可見(jiàn)光信號(hào) 的功率資源，在無(wú)需額外的系統(tǒng)負(fù)載的前提下快速定位用戶，不影響可見(jiàn)光信號(hào)的高速傳 輸。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1多色L邸可見(jiàn)光通信網(wǎng)示意圖；
[00%] 圖2四色L邸可見(jiàn)光通信網(wǎng)中4-L邸和8-L邸場(chǎng)景下的定位誤差仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明中的可見(jiàn)光通信網(wǎng)包括多個(gè)多色L邸燈負(fù)責(zé)室內(nèi)的照明和可見(jiàn) 光下行鏈路的傳輸，一個(gè)可見(jiàn)光控制中屯、及一個(gè)能提供從移動(dòng)用戶至可見(jiàn)光控制中屯、傳輸 信息的上行鏈路，可W是可見(jiàn)光上行接入點(diǎn)，WiFi熱點(diǎn)，蜂窩網(wǎng)基站，藍(lán)牙或紅外線接入點(diǎn) 等。可見(jiàn)光接收機(jī)不僅能夠接收Lm)燈發(fā)送的信號(hào)，還具有建立上行鏈路發(fā)送反饋信號(hào)至可 見(jiàn)光控制中屯、的能力，此外，可見(jiàn)光接收機(jī)前安裝透鏡W便使不同顏色的可見(jiàn)光投射在接 收器不同的位置，盡可能降低不同顏色信道間的干擾。本發(fā)明使用多色Lm)中的多種顏色合 成恒定的白光輸出，保證照明質(zhì)量。若將Lm)燈中多種顏色的色度值表示為（xi，yi)，（X2， 72)，...（亂，7〇山3，則滿足：
[0029]
[0030] 其中（x，y)為白色的色度值，Pj,i為第i個(gè)Lm)燈中第巧巾顏色的功率占總發(fā)射可見(jiàn) 光功率的比值。對(duì)于每一個(gè)L邸燈而言，Pi都各不相同。
[0031] 在保證恒定白光輸出的前提下，每個(gè)L邸燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見(jiàn)光 通信網(wǎng)中鄰近Lm)燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，運(yùn)些各不相同的顏色 輸出功率比對(duì)于可見(jiàn)光接收機(jī)而言是區(qū)分不同L邸燈信號(hào)的依據(jù)。此外，可見(jiàn)光接收機(jī)檢測(cè) 接收信號(hào)中不同顏色可見(jiàn)光能量的比值并形成上行反饋信號(hào)發(fā)送至可見(jiàn)光控制中屯、?？梢?jiàn) 光控制中屯、存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中所有L邸燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊覆蓋區(qū)域的多 種顏色輸出功率比值及與之對(duì)應(yīng)的Lm)燈位置，可得知可見(jiàn)光接收機(jī)處于哪一個(gè)或哪幾個(gè) L邸燈的覆蓋區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光接收機(jī)的定位。
[0032] 在設(shè)計(jì)Lm)燈的歸一化功率比數(shù)值時(shí)，設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是使任意兩個(gè)Lm)燈的歸一化功率 比之間的最小歐式距離最大，L邸燈多種顏色的歸一化功率比生成的具體方法為：
[0033] a)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中L邸燈的數(shù)量隨機(jī)生成滿足公式（1)中方程組條件的L抓燈多種顏色 輸出功率比Pi，P2,. . .，Pm，M為網(wǎng)絡(luò)中L邸燈的個(gè)數(shù)；
[0034] b)設(shè)置參數(shù)α初始值為1，參數(shù)as為闊值口限值，本發(fā)明中可設(shè)置為5000;
[00對(duì) c)對(duì)于每一個(gè)Pj，j = l，···，M求解使表達(dá)式-ln(Σ片kexp(-α||P廣Pk||2))/α最大且 滿足(1)中的限定條件的輸出功率比Pk，最終得到新的集合Pi，P2, . . .，Pm;
[0036] d)判斷α值是否小于as,若小于，則增大α的數(shù)值，例如擴(kuò)大至原來(lái)數(shù)值的2倍，返回 步驟C);若大于或等于，則網(wǎng)絡(luò)中Μ個(gè)L邸燈的多種顏色輸出功率比為Ρι，Ρ2,. . .，Ρμ;
[0037] 本發(fā)明實(shí)施例采用四色LED,四種顏色分別為紅色(R，Red)、綠色(G，Green)、藍(lán)色 (B，Blue)和青色(C，切an)。表1所示為四色L邸可見(jiàn)光通信網(wǎng)中4-L邸和8-L抓場(chǎng)景下的最優(yōu) 功率比值，表2所示為四色LED可見(jiàn)光通信網(wǎng)中4-Lm)場(chǎng)景中所有可能的重疊覆蓋區(qū)域的 RGBC四色功率比值，其中（1，2)表示編號(hào)1的L抓燈和編號(hào)為2的L邸燈的重疊覆蓋區(qū)域，其余 有類似定義。從表1和表2可看出編號(hào)為2和L抓燈與編號(hào)為3的L邸燈的重疊覆蓋區(qū)域的RGBC 功率比與編號(hào)為4的L邸燈的比值相同，若用戶將在此重疊覆蓋區(qū)域檢測(cè)的RGBC功率比值發(fā) 送給可見(jiàn)光控制中屯、，會(huì)造成定位錯(cuò)誤。因此，在網(wǎng)絡(luò)布置時(shí)需要將編號(hào)3的Lm)與編號(hào)4的 L邸燈隔開(kāi)，使其不相鄰且無(wú)重疊覆蓋區(qū)域。
[00；3引 表1 [0039]
[0043] 圖2所示為四色LED可見(jiàn)光通信網(wǎng)中4-LED和8-LE：D場(chǎng)景下的定位誤差仿真圖。由于 可見(jiàn)光控制中屯、存儲(chǔ)可見(jiàn)光通信網(wǎng)中所有L邸燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊 覆蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比值及與之對(duì)應(yīng)的Lm)燈位置，因而當(dāng)用戶無(wú)論處于單獨(dú)LED 燈覆蓋區(qū)域還是重疊覆蓋區(qū)域都可W準(zhǔn)確跟蹤定位。圖2比較了當(dāng)可見(jiàn)光控制中屯、存儲(chǔ)/不 存儲(chǔ)重疊覆蓋區(qū)域的Lm)燈的多顏色輸出功率比值時(shí)用戶的定位誤差。當(dāng)可見(jiàn)光控制中屯、 不存儲(chǔ)重疊覆蓋區(qū)域的輸出功率比值時(shí)，定位誤差相比較而言更小，然而在此場(chǎng)景下，當(dāng)用 戶處于重疊覆蓋區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)無(wú)法對(duì)其定位。
[0044] 雖然本發(fā)明已W較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，但實(shí)施例并不是用來(lái)限定本發(fā)明的。在不 脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤(rùn)飾，同樣屬于本發(fā)明之保護(hù)范圍。因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)W本申請(qǐng)的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標(biāo)準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，其特征在于，包括： a) 使用多色LED燈中的多種顏色合成恒定的白光輸出，保證照明質(zhì)量； b) 在保證恒定白光輸出的前提下，每個(gè)LED燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見(jiàn)光通 信網(wǎng)中鄰近LED燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，這些各不相同的顏色輸 出功率比設(shè)為可見(jiàn)光接收機(jī)區(qū)分不同LED燈信號(hào)的依據(jù)； c) 用戶持有的可見(jiàn)光接收機(jī)檢測(cè)接收信號(hào)中不同顏色可見(jiàn)光能量的比值并形成上行 反饋信號(hào)，發(fā)送至可見(jiàn)光控制中心； d) 可見(jiàn)光控制中心存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)中所有LED燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊覆 蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比值，以及與之對(duì)應(yīng)的LED燈位置，可得知可見(jiàn)光接收機(jī)處于哪 一個(gè)或哪幾個(gè)LED燈的覆蓋區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)光接收機(jī)的定位。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，其特征在 于，a)中所述LED燈中的多種顏色的色度值(^^^，（^，^^…（^，幾丨丄"滿足以下方程組 條件：其中（X，y)為白色的色度值，Pj, i為第i個(gè)LED燈中第j種顏色的功率占總發(fā)射可見(jiàn)光功 率的比值;對(duì)于每一個(gè)LED燈而言，Pi各不相同。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，其特征在 于，還包括:設(shè)計(jì)LED燈的歸一化功率比，所述設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是使網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)LED燈的歸一化 功率比之間的最小歐式距離最大;所述LED燈多種顏色的歸一化功率比生成的具體方法為： e) 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中LED燈的數(shù)量隨機(jī)生成滿足所述方程組條件的LED燈多種顏色輸出功率 比Pi，P2,. . .，Pm，M為網(wǎng)絡(luò)中LED燈的個(gè)數(shù)； f) 設(shè)置參數(shù)α初始值為1，參數(shù)<^為閾值門限值； g) 對(duì)于每一個(gè)Pj，j = l，···，Μ求解使表達(dá)式_ln( Ej#kexp(-a | |Pj-Pk| |2))/α最大且滿足 所述方程組條件的輸出功率比Pk，最終得到新的集合...，Ρμ; h) 判斷a值是否小于as，若小于，則增大a的數(shù)值，返回步驟g);若大于或等于，則網(wǎng)絡(luò)中Μ 個(gè)LED燈的多種顏色輸出功率比為Pi，Ρ2,...，Ρμ。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，其特征在 于，所述as設(shè)置為5000,所述增大a數(shù)值的方式為擴(kuò)大為原來(lái)數(shù)值的2倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，其特征在 于，所述可見(jiàn)光接收機(jī)具有以下特征： i) 不僅能夠接收LED燈發(fā)送的信號(hào)，還能夠建立上行鏈路并發(fā)送反饋信號(hào)至可見(jiàn)光控 制中心； j)可見(jiàn)光接收機(jī)前安裝透鏡以便使不同顏色的可見(jiàn)光投射在接收器不同的位置，降低 不同顏色信道間的干擾。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法，其特征在 于，所述上行鏈路為可見(jiàn)光上行接入點(diǎn)，或者WiFi熱點(diǎn)，或者蜂窩網(wǎng)基站，或者藍(lán)牙，或者紅 外線接入點(diǎn)。7. 根據(jù)權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)所述的一種使用多色LED的可見(jiàn)光通信網(wǎng)室內(nèi)定位方法， 其特征在于，所述多色LED采用4色LED，分別是紅色、綠色、藍(lán)色和青色。
【文檔編號(hào)】H04B10/116GK106059665SQ201610428046
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】鮑煦, 戴繼生
【申請(qǐng)人】江蘇大學(xué)