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基于VLC可见光通信的新型导购系统的研究

范文

摘要：提出一种基于可见光通信的新型导购系统。通过建立LED系统模型，研究可见光通信系统中的链路切换技术研究，以及解决相邻的LED发出的可见光信号区域重叠问题。

关键词：可见光通信;亮度调节;链路切换

中图分类号：TP311? ? ? 文献标识码：A? ? ? 文章编号：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

可见光通信（VLC）是近年来飞速发展的一种新型的无线通信方式，利用可见光波段的光作为信息的传播载体，在空气中直接传输光信号。现有的无线传输系统多数采用GPS、蓝牙以及红外线等方式传输信号，与现有的这些系统相比，可见光通信系统是安全环保的，在可见光通信系统中多采用白光LED，白光LED发出的光源是对人体无害，而且在可见光信号传输过程也不会产生电磁干扰。其次可见光通信系统相对来说比较节约资源，可见光通信系统可以同时完成照明和通信两大功能，无须另外铺设线路，只需对原有的LED进行改造，而且利用原有照明线路给系统进行供电，就可以同时实现照明和通信两个功能。本文研究可见光通信中的自适应链路切换技术以及信号重合干扰等。

1 建立LED系统模型

可见光通信系统通常使用白光LED灯作为信号的发送器件，给白光LED灯装上微芯片，可以控制它每秒数百万次闪烁，LED亮就表示1，灯灭表示0。由于闪烁频率很快，人眼根本不会觉察到，但是光敏传感器却可以接收到这样的变化，这样二进数的数据就这样被快速的编码成为通信信号，并可以进行有效的传输。本文基于VLC可见光通信的新型导购系统采用大功率白光LED作为照明通信电源，利用LED易于調制的特点，将信号调制成光载波信号在空间中传输，最后在终端实现信号的接收和识别。

首先建立LED系统模型，本文采用两个LED，可见光通信系统模型如图1所示，两个LED安装在房屋天花板上，信号接收终端位于高于地面0.8m的接收平面上。研究LED布局、LED的半功率角、接收终端的视场角对系统连通性、链路切换性能的影响。

进一步提出三个及以上LED系统模型，研究自适应链路切换，便于应用到真实场景中。

2 自适应链路切换技术

LED灯光是有发射角度的，该角度称之为LED的半功率角，其半功率角越大，则照明范围越大，以满足照明需求，并支持移动中的数据传输。LED的光照示意图如图2所示。其中[Φ12]为LED的半功率角，[α]为LED光线到某一反射点的光照角，[β]为反射光线到接收终端的光照角，Ψc为光线的入射角，[D1]为LED到反射点之间的距离，[D2]为反射点到接收终端的距离。

存在两种情况：LED的视场角大于等于半功率角和视场角小于半功率角。本文仅研究[Ψc≤Φ12]的情况，此时接收器能够接收到信号的区域要小于LED光照覆盖区域范围。

可见光通信中的链路切换。对于导购系统来说，连通性是急需解决的一个问题。本系统的光照均匀度对移动性有一定的影响。连接性会随着接收终端所在平面的改变而变化，后者的变动会造成LED照明区域和接收终端可视区域的变化。

3 LED亮度调节技术

可见光通信系统中一般需要多个LED，用来满足照明需求，每一个LED发出的可见光识别信号各不相同，那么相邻LED发出的信号会发生传输范围重叠的问题，重叠区域里的终端设备就会收到两个可见光信号，此时进行识别就比较困难。通过LED亮度调节的方式，合理设置系统中设备的信号强度，可以灵活的改变可见光信号传输的有效范围，尽量减少相邻的LED发出的信号交叠的问题。

在可见光通信系统中，调节LED亮度的方法通常有两种：脉冲宽度调制和提高LED调制深度。其中LED调制深度与LED光谱偏移特性有关，提高调制深度会影响信号的信噪比，而脉冲宽度调制技术（PWM）则不会有这样的影响。本文系统中的LED驱动芯片采用脉冲宽度调制技术进行亮度调节，利用PWM方波来控制和调节LED电流大小，其原理是控制调节功率管的占空比调节输出电流以达到亮度调节的目的，其频率快到可以掩盖人眼视觉闪烁的速度，PWM信号控制功率三极管的导通时间。

4 结束语

本文主要研究可见光通信系统中的链路切换技术和亮度调节技术，基于照明和通信两个方面，将可见光通信系统应用到室内移动场景中，提出一种基于可见光通信的导购系统，可应用于超市、大型购物中心，在购物推车上安装移动终端，如图3所示，在购物车进入某一购物区域时将自动解析该区域照明设备发出的可见光信号，实现位置定位功能，并为顾客播放相关的多媒体资料，同时提供商品推广、购物引导等商业信息，是一种新型的商业推广交互方式，具有很高的市场价值和经济价值。

参考文献：

[1] 于正永，董进.一种全双工VLC无线导览系统的设计及实现[J].光通信技术，2017（10）：37-41.

[2] 乔琪，闻凯.基于自适应链路切换的双LED室内可见光通信系统[J].光通信技术， 2018（2）：50-54

[3] 徐子轩.基于VLC的无线导览系统的设计与实现[J].光通信技术，2012（3）：60-63.

[4] 王家安.室内可见光通信系统光源LED布局优优化与性能分析[J].中国激光，2018（5）：172-183.

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