关于基于Vbl2技术的位置感应系统的研究

王俊玮 于坐超 黄斌妮 姜扬 韩元真

摘要：随着更多新型移动设备，比如手机、平板电脑、可穿戴设备等，物联网设备的性能飞速增长和基于位置感应的应用的激增，位置感应发挥了越来越重要的作用。当前互联网+位置服务的社会需求日益广泛，以我国北斗、美国GPS、俄罗斯GLONASS和欧洲Galileo为代表的四大卫星导航定位系统已普遍应用于室外导航定位。为满足智慧城市建设、公共安全和移动服务，以位置感应为目标的室内定位技术研究成为泛在测绘、导航与位置服务领域的研究熱点，将逐步发展成为大数据时代重要的智能服务。

关键词：可见光通信;电力线通信;LED定位

中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）08-0040-01

现如今大型商场数量急剧增加，无疑是给人们带来了的极大的方便，可供人们购买的商品越来越多，但新的问题也随之而来，商场空间越来越庞大复杂，停车场反向寻车、查找某件特定商品、定位走散的家人等变得越来越困难。室内定位的需求前所未有的高涨。针对目前人们在大型商场难以寻找某件特定商品，定位失散的家人，在停车场难以找到空余停车位且反向寻车，在领取快递时难以对快递精确定位等问题，本项目研发出一种智能位置感应系统，借助可见光通信技术，应用各大场馆内的LED照明设备对用户进行定位，通过手机APP实现室内的精确定位、导航服务。既为消费者提供智慧便利生活，促进企业营销和运营效率升级，又能实现移动用户的精准定位，真正实现社会智能化。目前已经进行了可将光通信的相关研究，构建了一套软件系统，并搭建了一套完备的可见光通信硬件实现系统。同时，团队背靠桂林电子科技大学信息与通信工程学院，具有设计和完成产品设计和优化的丰富经验。团队成员为具有一定项目推广经验及产品软硬件设计经验，能够掌控项目从设计到推广的完整链条。

1 核心技术

该项目由PLC-VLC室内硬件定位系统和手机综合服务APP软件组成，是一套完整的PLC-VLC室内综合服务系统。PLC-VLC室内硬件定位系统将基于LED的新兴可见光室内定位技术（VLC）与电力线通信技术（PLC）结合在了一起，硬件系统由信标总服务器、信标处理单元、电力线载波模块、VLC信标发射终端端和VLC信标接收终端组成。通过电力线载波模块在电力线上把各可见光发射终端组成通信网络，各可见光发射终端把电力线上的有用信息解调解码转换为可将光通信所需信息，通过可将光调制器转换为可将光传递的信息，而在可见光接收端对接收的可见光信息进行解调解码加定位算法最终实现定位，从而大大减少了PLC-VLC室内硬件定位系统在大型商场等场所使用时，重新布置LED线路的麻烦。将两种通信技术结合在一起使得室内定位系统具备了无电磁辐射、不受应用环境限制、硬件成本低、不需要重新布线、分布范围广、使用用户方便接入等其它室内定位系统没有的优点。

2 可见光及电力线通信技术

可见光通信（Visible Lighting Communication，VLC）是基于LED而新兴的一种通信方式，它以发光二极管LED发射的白光作为定位信号的载体，利用人眼视觉暂留效应，从而发出高速闪烁的定位信号。该技术具有无电磁辐射、不受应用环境限制、硬件成本低等优点，是理想的室内无线接入方案之一。

电力线通信（Power Line Communication，PLC）是一种利用电力传输线作为传输媒介，进行信息通信的一种通信技术，电力线载波通信利用现有的电力线设施具有不需要重新布线、分布范围广、使用用户方便接入等诸多优点。

3 特色和创新点

3.1在定位精度上比国内外技术上的优势。现阶段LED室内定位技术还处于起步阶段，但随着可将光室内定位行业近几年也发展迅速，许多国外高校和研究机构提出了自己的技术方案，国外的主要的研究机构有：荷兰飞利浦公司、美国马里兰大学、德国海英里希赫兹等，国内的研究机构有清华大学、华策光通信科技有限公司等。同时这些可见光定位系统存在的问题就是精度不高，造成精度不高的原因主要是码间干扰，而我们团队经过艰苦的研究，解决了这一技术难题，现已在定位精度上取得了巨大突破，我们提出的一种电力线载波通信协调下的可见光信标系统和一种受冲击噪声干扰的电力线通信信道评估方法在实现可见光通信定位精度上提出了新的方法同时应用到了我们的产品中。

3.2在接收装置上实现的突破。目前阶段无论是市场上已有产品还是国内外的研究情况在对实现定位上都需要独立的解调电路，但是许多接收电路的灵敏度与稳定性不高，而且没有专门的集成芯片用来定位的接收，而我们的的研发团队在设计接收电路时考虑到了这个问题，我们从以下方面做出了重大突破：

①光电探测器的选择，对于光点探测器我们的要求是其灵敏度要高，响应迅速快，截止频率高等。同时我们在选取光电探测器件时对其灵敏度，偏置电压，暗电流等参数做了综合考虑，最终，经过我们大量的实验，最终选择了光学聚光器运用到我们的产品中，使得定位更加可靠。

②解调技术的改进，针对现阶段可见光室内定位技术在处理噪声信号以及信号在信道传播过程中的衰减而造成接收端信号的误码问题，我们提出了一种室内可见光通信信号的自适应检测系统，相关专利正在申请中，本系统提出了一种优化算法，通过算法获取随接收功率变化的额自适应阀值，并对数据段的码元信息进行判决，从而解调出发射端发射的准确位置信息。

参考文献：

[1]赵大明，王欣.基于VLC的室内定位技术研究[J]. 电信科学. 2019（03）

[2]槐利，张敏娟，林清，王楠.一种基于白光LED的室内通信方法研究[J].

[3]张月霞，陈行.可见光通信室内定位技术研究[J].北京工业职业技术学院学报.2017（02）

[4]侯忆楠.基于可见光通信的室内定位关键技术的研究[D].上海交通大学.2017