CN105068047A - 一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法 - Google Patents

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吕慧超
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Abstract

本发明涉及一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法，属于可见光通信技术领域。本发明把包括数据帧头、位置(ID)信息、数据信息的信号通过频移键控进行调制，通过LED发送信号；然后在接收端利用快速傅里叶变换区分不同的LED及其强度，使用反傅里叶变换及零点检测法得到LED传送的内容，获得位置信息及传送的内容。方法简单易行，便于实现，并且能够忽略背景光噪声的影响，相对于LED同步发送信号的定位方法减少了设备冗余度，大大提高了可拓展性，并且能够消除背景光造成的定位误差。

Description

一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法
技术领域
本发明涉及一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法，属于可见光通信技术领域。
背景技术
基于可见光通信(VisibleLightCommunication,VLC)技术的室内定位方案由于利用白色半导体发光二极管(LightEmittingDiode,LED)发射的白光作为定位信号的载体，所以没有电磁辐射，不受应用环境的限制；并且VLC的传输信道一般采用直射信道，多径干扰比较小，所以该定位方案可以达到比较高的精度；另外，基于VLC技术的室内定位系统与未来的VLC通信技术相兼容，因此不需要昂贵的硬件设备投入，成本比较低。在“一种基于可见光标签的室内定位方法”(专利申请号为201410084621.2)中提出了一种采用时分复用的方法实现标签的可见光定位并推送信息，但是基于时分复用方法，需要所有LED级连实现同步。这种方式在具体实施中需要增加同步方案可拓展性不足。
发明内容
本发明的目的是为基于时分复用的室内可见光定位及信息推动方法中同步信号定位可拓展性差、设备复杂的问题，提出一种用频移键控实现室内可见光定位及信息推送的方法，各个LED不需要同步即可实现定位，并完成信息的推送。
一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法，具体包括以下步骤：
步骤1：构建一个可见光定位系统，系统包括上位机、多个LED发射模块和可见光接收模块；所述LED发射模块包括驱动电路和LED；所述可见光接收模块包括光电探测器、放大电路、模数转换器及处理器。所述驱动电路实现的功能为将待发送信息转换为光信号，并完成频移键控调制、放大和加载到LED上发送。
步骤2：上位机将待发送信息加载对应的数据帧头后传输给相应的LED发射模块。所述待发送信息为各个LED位置(ID)信息和需要推送的信息(如语音、视频等)。所述数据帧头为数据开始的固定格式信号。
步骤3：每个LED发射模块的驱动电路加载两个不同频率的周期信号对待发送信息和数据帧头进行频移键控调制，同时设定经两个频率调制后的信号分别为0信号和1信号，不同LED发射模块所占用的频率互不相同。
所述周期信号为正弦波周期性信号或者方波周期性信号。
每个LED发射模块的驱动电路，驱动LED发送经过调制的可见光周期信号，调制后的可见光周期信号速率满足条件为人眼看不到闪烁。不同LED之间独立发送信号，并不相互影响。
步骤4：在可见光接收模块的处理器中建立数据库，记录每个LED的位置信息及每个LED对应的两个频率。
步骤5：可见光接收模块中的光电探测器接收LED发射的光信号，完成光电转换，经放大电路放大和模数转换器转换后，将采样到的信号传输至处理器。
步骤6：可见光接收模块中的处理器对采样得到的多路LED数据分别进行FFT变换。，对完成FFT后的信号分别进行滤波，除去频率分量，保留幅值最大的两个频率信息(即同一个LED发送的信号)。
步骤7：通过步骤6得到单个LED的两个频率信息后，再进行IFFT变换，得到单个LED发送信号的时域信息。
步骤8：对步骤7所述的时域信息进行信号解调，具体方法为：找到信号的起始点，在每个频率发送信号的固定时间内检测信号过零点个数，t为一个码元时间，设定信号过零点个数n1对应0信号，信号过零点个数n2对应1信号，n1、n2的数值能反应频率信息，能得到不同频率对应的0信号和1信号，完成整个接收信号的解调。所述码元为该二进制数字通信系统中代表高低电平的固定时间间隔内的信号，固定时间间隔为码元长度，即每个代表“1”的高电平或代表“0”的低电平的信号长度。
步骤9：解调出的信号，在数据帧头后的一个数据是LED位置信息，位置信息后面是推送的信息。此时，接收器距离该位置信息的LED最近，即可获得接收器当前的位置信息，并且能够获取推送的信息(如语音、视频等)。
至此，完成基于频移键控调制的室内可见光定位及信息推送。
有益效果
本发明方法可以同时完成室内定位及信息推送传输。本发明首先对通过频移键控把包括数据帧头、位置(ID)信息、数据信息的信号调制，通过LED发送信号；然后在接收端利用快速傅里叶变换区分不同的LED及其强度，使用反傅里叶变换及零点检测法得到LED传送的内容，获得位置信息及传送的内容。方法简单易行，便于实现，并且能够忽略背景光噪声的影响，相对于LED同步发送信号的定位方法减少了设备冗余度，大大提高了可拓展性，并且能够消除背景光造成的定位误差。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为具体实施方式中发送前的信号波形；
图3为具体实施方式中定位系统框图；
图4为具体实施方式中IFFT之后的信号波形；
图5为具体实施方式中的LED-A的数据格式。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行详细说明。以下实施例对本发明进行了详细的说明，但本发明的具体实施形式并不局限于此。该实施的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
采用本发明所属方法构建一个在超市中进行定位和广告信息推送的系统。首先如附图3所示构建系统。本发明系统包括可见光下行发射模块；VLC定位模块；
可见光下行发送模块包括：下行发送处理器，驱动电路和多个白光LED(本实施例为3个)；
下行发送单片机或FPGA用来产生白光LED发送的信号，所述信号包括数据帧头、LED位置(ID)信息、传送广告信息。
驱动电路为白光LED提供合适的直流偏执，并把发送信号调制在白光LED的驱动电流上；
接收端提取信息时，通过数据帧头能够有效判决信号的起始位置，在本实施例中以10个0,1交替信号为数据帧头，在实际应用中以方便判决为准。所述位置(ID)信息，需要提前做好测量。超市有多个LED灯，每个LED的位置坐标已知。本实施例中传送广告信息。以LED-A为例，该LED的ID为0000001011，在该区为食品区，把广告食品的图片信息加载在LED-A的ID之后。如食品区覆盖多个灯，那么这些灯的ID不同，但是加载的信息可以相同，此LED的帧格式如图5所示。
白光LED将调制后的信号以可见光形式发射出去。
定位模块包括：VLC定位接收器,处理器；
VLC定位接收器含有VLC定位数据采集单元、计算单元和通信接口。VLC定位数据采集单元和计算单元通过光电探测器把接收到可见光信息转换成电信号，通过AD采集到FPGA，将数据转换格式后发送至处理器，处理器接收到的信号如附图4所示，处理器可以是电脑或者手机，处理器通过本发明所述方法，识别出当VLC定位接收器距离LED-A最近时，则LED-A所对应的两个频率信号的幅值最大，解码该灯对应的ID信息，在数据库中找到了该ID对应的坐标，就可以判断出当前位置，然后解码出图像信息。至此当用户手持VLC定位接收器时，通过发明内容所述定位方法，用户可以实时并实时获得当前的位置坐标和图像广告信息；
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (2)

1.一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法,其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：构建一个可见光定位系统，系统包括上位机、多个LED发射模块和可见光接收模块；所述LED发射模块包括驱动电路和LED；所述可见光接收模块包括光电探测器、放大电路、模数转换器及处理器；所述驱动电路实现的功能为将待发送信息转换为光信号，并完成频移键控调制、放大和加载到LED上发送；
步骤2：上位机将待发送信息加载对应的数据帧头后传输给相应的LED发射模块；所述待发送信息为各个LED位置信息和需要推送的信息；所述数据帧头为数据开始的固定格式信号；
步骤3：每个LED发射模块的驱动电路加载两个不同频率的周期信号对待发送信息和数据帧头进行频移键控调制，同时设定经两个频率调制后的信号分别为0信号和1信号，不同LED发射模块所占用的频率互不相同；
所述周期信号为正弦波周期性信号或者方波周期性信号；
每个LED发射模块的驱动电路，驱动LED发送经过调制的可见光周期信号，调制后的可见光周期信号速率满足条件为人眼看不到闪烁；不同LED之间独立发送信号，并不相互影响；
步骤4：在可见光接收模块的处理器中建立数据库，记录每个LED的位置信息及每个LED对应的两个频率；
步骤5：可见光接收模块中的光电探测器接收LED发射的光信号，完成光电转换，经放大电路放大和模数转换器转换后，将采样到的信号传输至处理器；
步骤6：可见光接收模块中的处理器对采样得到的多路LED数据分别进行FFT变换；，对完成FFT后的信号分别进行滤波，除去频率分量，保留幅值最大的两个频率信息，即为同一个LED发送的信号；
步骤7：通过步骤6得到单个LED的两个频率信息后，再进行IFFT变换，得到单个LED发送信号的时域信息；
步骤8：对步骤7所述的时域信息进行信号解调，具体方法为：找到信号的起始点，在每个频率发送信号的固定时间t内检测信号过零点个数，设定信号过零点个数n1对应0信号，信号过零点个数n2对应1信号，n1、n2的数值能反应频率信息，能得到不同频率对应的0信号和1信号，完成整个接收信号的解调；
步骤9：解调出的信号，在数据帧头后的一个数据是LED位置信息，位置信息后面是推送的信息；此时，接收器距离该位置信息的LED最近，即可获得接收器当前的位置信息，并且能够获取推送的信息；
至此，完成基于频移键控调制的室内可见光定位及信息推送。
2.根据权利要求1所述的一种基于频移键控的室内可见光定位及信息推送方法,其特征在于：t为一个码元长度，码元为该二进制数字通信系统中代表高低电平的固定时间间隔内的信号，固定时间间隔为码元长度，即每个代表“1”的高电平或代表“0”的低电平的信号长度。
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