CN106788730A - 室内可见光通信定位网络构架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内可见光通信定位网络构架，基于可见光的接收端定位、信息推送、与数据传输一体化系统，对室内可见光的接收端定位、信息推送、与数据传输一体化，具有广泛的应用价值；此外，稳定性与精度也较高；同时，也无需引入其他附加设施，从而控制系统成本。

Description

室内可见光通信定位网络构架

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种室内可见光通信定位网络构架。

背景技术

可见光通信由于其无电磁辐射特性，在电磁敏感的应用场景下有广泛的应用潜力。此外，由于可见光不透墙的特性，其在需要保密通信的场合也有广泛的应用潜力。此外，目前市场上基于WiFi及蓝牙的室内定位技术普遍定位精度差，稳定性较差，尚未有成熟系统抢占市场。基于可见光网络的定位系统定位精度可达1米以内，稳定性好，并且是在室内现有LED灯的基础上安装，成本较低，具有很强的竞争力。

室内可见光通信需要采用多灯进行室内的全方位覆盖。通信的前提是需要知道当前接收端的位置，即接收端在那盏灯下，再基于该灯进行通信。因此，需要设计室内可见光通信定位的一体化网络，在定位后进行可见光通信。

然而，目前还没有较为完善的方案，因此，有必要对其进行深入研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种室内可见光通信定位网络构架，可以在在不引入其他附加设施情况下，提高接收端定位的精度，并具有较高的稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种室内可见光通信定位网络构架，包括：控制中心、LED发射端与接收端；

所述LED发射端的数量为M，且均固定设置在室内，每一LED发射端，用于在控制中心的控制下将带有自身地址的广播定位信息和/或控制与数据信息调制到光载波上向外发射；

所述接收端移动到当前LED发射端的覆盖范围内后，将接收到当前LED发射端发送的广播定位信息；之后，所述接收端将自身的当前位置与其ID返回至控制中心；然后接收LED发送的数据信息，若之后还接收到LED发射端发送的控制信息则执行相应任务；

控制中心，根据接收端返回的信息实现接收端定位，并通过LED发射端向相关的接收端发送预定的推送信息；若需要对接收端进行数据传输或者控制，则将相应的数据与控制信息传输给相关的LED发射端，由LED发射端将控制信息调制到光载波上向外发射。

所述LED发射端将信息调制到光载波上向外发射包括：

获取广播定位信息、数据与控制信息或者推送信息的二进制序列并输入至LED驱动电路，加载与LED照明灯相匹配的直流偏压，采用OOK调制方式将相应信息调制到光载波上向外发射。

所述接收端接收光载波信息后转换为电流信号，在模拟电路中，首先经过隔直流电路处理，将电流信号转换为电压信号，然后将电压信号经过放大器放大，继而将放大后的电压信号进行采样与数模转换，对转换后的数据求均值，此均值可作为信号检测与估计的自适应阈值对每一位信号进行判决，得到二进制数据信息，之后根据二进制数据的上跳沿和下跳沿做位同步处理，再用已知的同步序列做相关运算，进行帧同步，解调出接收到的信息；若接收端收到的是广播定位信息，则向控制中心反馈当前位置与其ID后，将得到相应的推送信息；若接收端收到的是控制或数据信息，则除了反馈当前位置与其ID外，还将反馈收到控制如数据信息ACK确认指令，并且根据控制信息执行相应任务。

每一所述LED发射端均通过有线的方式与控制中心相连，所述接收端通过无线方式与控制中心相连。

所述控制中心通过LED发射端发送推送信息与数据控制信息时，所使用的传输数据帧结构为一个TTI结构，其包含1个广播包头与多个用户传输资源块；每一用户传输资源块的发送顺序为：LED_ID，同步序列，接收端ID，数据信息或者控制信息。

LED发射端中的LED照明灯之间有交叠情况下，在相邻的LED照明灯之间时域上采用互相正交的信号时隙。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，基于可见光的接收端定位、信息推送、与数据传输一体化系统，对室内可见光的接收端定位、信息推送、与数据传输一体化，具有广泛的应用价值；此外，稳定性与精度也较高；同时，也无需引入其他附加设施，从而控制系统成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的一种室内可见光通信定位网络构架的示意图；

图2为本发明实施例提供的MAC层的控制协议流程图；

图3为本发明实施例提供的LED发射端的布置示意图；

图4为本发明实施例提供的广播信息的时隙划分图；

图5为本发明实施例提供的数据帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的一种室内可见光通信定位网络构架的示意图。如图1所示，其主要包括：控制中心、LED发射端与接收端。

所述LED发射端的数量为M，且均固定设置在室内，每一LED发射端，用于在控制中心的控制下将带有自身地址的广播定位信息和/或控制与数据信息比特调制到光载波上向外发射；

所述接收端移动到当前LED发射端的覆盖范围内后，将接收到当前LED发射端发送的广播定位信息；之后，所述接收端将自身的当前位置与其ID返回至控制中心；然后接收LED发送的数据信息，若之后还接收到LED发射端发送的控制信息则执行相应任务；

控制中心，根据接收端返回的信息实现接收端定位，并通过LED发射端向相关的接收端发送预定的推送信息；若需要对接收端进行控制与数据信息传输，则将相应的控制与数据信息比特传输给相关的LED发射端，由LED发射端将控制与数据信息比特调制到光载波上向外发射。

为了便于理解，首先对整个网络构架的工作流程进行说明。假设控制中心为一台计算机主机，并且主机安装有具有图形用户界面的应用程序，此应用程序界面包括室内地图和可操作的指令按钮，室内地图上对应有在实际物理位置的LED发射端。控制中心通过无线方式(例如，WIFI)与接收端连接，通过有线方式与LED发射端连接，并控制LED发射端向外发送广播定位信息。网络构架各部分采用MAC层的控制协议进行交互，如图2所示，当接收端移动到LED发射端A的覆盖范围时，将接收到相应的广播定位信息，并向控制中心返回自身的当前位置与其ID；控制中心接收到相关信息后可以实现接收端的定位，同时，还会反馈低速率的推送信息给接收端(例如，若接收端为移动终端，则推送信息可以为广告、视频等)；此外，还通过调度算法，控制中心决定LED发射端A为相关接收端提供数据信息传递服务；之后，当需要对接收端进行控制，则可通过为接收端服务的LED发射端发送相应的控制信息。

本发明实施例中，所述LED发射端将信息调制到光载波上向外发射包括：获取广播定位信息、数据及控制信息或者推送信息的二进制序列并输入至LED驱动电路，加载与LED照明灯相匹配的直流偏压，采用OOK调制方式将相应信息调制到光载波上向外发射。如图1所示，上述功能可以通过相应的模块来实现。

本发明实施例中，接收端在接收到光载波信息后需要进行处理以解调出信息内容；具体过程如下：接收端接收光载波信息后转换为电流信号，在模拟电路中，首先经过隔直流电路处理，将电流信号转换为电压信号，然后将电压信号经过放大器放大，继而将放大后的电压信号进行采样与数模转换，对转换后的数据求均值，此均值可作为信号检测与估计的自适应阈值对每一位信号进行判决，得到二进制数据信息，之后根据二进制数据的上跳沿和下跳沿做位同步处理，再用已知的同步序列做相关运算，进行帧同步，解调出接收到的信息；若接收端收到的是广播定位信息，则向控制中心反馈当前位置与其ID后，将得到相应的数据信息；若接收端收到的是控制或数据信息，则除了反馈当前位置与其ID外，还将反馈收到控制或数据信息ACK确认指令。如果是控制信息，则根据控制信息执行相应任务。如图1所示，上述功能可以通过相应的模块来实现。

本发明实施例中，所述数据信息可以为自定义数据，例如，接收端为移动终端，则数据信息可以为文字、图片或者视频数据等。

本发明实施例中，M个LED发射端可以组成如图3所示的正六边形或者其他发端的蜂窝网络，以实现网络定位、信息推送与数据传输的一体化设计。其中，Group A、Group B和Group C分别为相邻的不同LED发射端组，相同组的LED照明灯之间没有交叠区域。三类小区划分的准则是相邻小区属于不同的Group。根据LED照明灯之间的距离以及其半功率角等参数，不同组LED照明灯可分为两种情况：一种为不同LED照明灯之间没有交叠区域，此时在同一接收端下不同LED照明灯传输信息没有互相干扰；另一种为不同LED照明灯组之间有交叠区域，此时为了抑制干扰，采用时分传输模式，在相邻的LED照明灯之间时域上采用互相正交的信号时隙，使得在同一接收端下不同LED照明灯传输信息没有互相干扰。

如图4所示为本发明实施例提供的广播信息时隙划分图。广播定位信息部分共8000比特，其中3个2560比特为Group A、Group B和Group C的定位信息与推送信息，开头结尾与每两个Group之间为4个80比特的保护间隔。广播信息中，每个Group的定位信息与推送信息分为3部分，开始256比特同步，中间256比特的广播/数据信息指示，及后2048比特的LED_ID与推送信息。据图2中的发送端LED照明灯布局，当不同LED发射端组之间有交叠区域时，为了抑制相互间的干扰，不用Group的LED严格采用时分进行传输。由控制中心做时分传输的调度，保证同一接收端在相同时隙间不相互干扰。

本发明实施例中，所述控制中心通过LED发射端发送推送信息与控制信息时，所使用的传输数据帧结构如下给出。如图5数据帧结构，包含一个TTI结构，其包含1个广播包头与多个用户传输资源块(为了便于说明，图5示出了4个用户传输资源块)。空口传输速率为2Mbps。每个资源块的发送顺序为：LED_ID，同步序列，接收端ID，控制或数据信息。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种室内可见光通信定位网络构架，其特征在于，包括：控制中心、LED发射端与接收端；

所述LED发射端的数量为M，且均固定设置在室内，每一LED发射端，用于在控制中心的控制下将带有自身地址的广播定位信息和/或控制与数据信息调制到光载波上向外发射；

所述接收端移动到当前LED发射端的覆盖范围内后，将接收到当前LED发射端发送的广播定位信息；之后，所述接收端将自身的当前位置与其ID返回至控制中心；然后接收LED发送的数据信息，若之后还接收到LED发射端发送的控制信息则执行相应任务；

控制中心，根据接收端返回的信息实现接收端定位，并通过LED发射端向相关的接收端发送预定的推送信息；若需要对接收端进行数据传输或者控制，则将相应的数据与控制信息传输给相关的LED发射端，由LED发射端将控制信息调制到光载波上向外发射。

2.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信定位网络构架，其特征在于，所述LED发射端将信息调制到光载波上向外发射包括：

获取广播定位信息、数据与控制信息或者推送信息的二进制序列并输入至LED驱动电路，加载与LED照明灯相匹配的直流偏压，采用OOK调制方式将相应信息调制到光载波上向外发射。

3.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信定位网络构架，其特征在于，所述接收端接收光载波信息后转换为电流信号，在模拟电路中，首先经过隔直流电路处理，将电流信号转换为电压信号，然后将电压信号经过放大器放大，继而将放大后的电压信号进行采样与数模转换，对转换后的数据求均值，此均值可作为信号检测与估计的自适应阈值对每一位信号进行判决，得到二进制数据信息，之后根据二进制数据的上跳沿和下跳沿做位同步处理，再用已知的同步序列做相关运算，进行帧同步，解调出接收到的信息；若接收端收到的是广播定位信息，则向控制中心反馈当前位置与其ID后，将得到相应的推送信息；若接收端收到的是控制或数据信息，则除了反馈当前位置与其ID外，还将反馈收到控制如数据信息ACK确认指令，并且根据控制信息执行相应任务。

4.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信定位网络构架，其特征在于，每一所述LED发射端均通过有线的方式与控制中心相连，所述接收端通过无线方式与控制中心相连。

5.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信定位网络构架，其特征在于，所述控制中心通过LED发射端发送推送信息与数据控制信息时，所使用的传输数据帧结构为一个TTI结构，其包含1个广播包头与多个用户传输资源块；每一用户传输资源块的发送顺序为：LED_ID，同步序列，接收端ID，数据信息或者控制信息。

6.根据权利要求1所述的一种室内可见光通信定位网络构架，其特征在于，

LED发射端中的LED照明灯之间有交叠情况下，在相邻的LED照明灯之间时域上采用互相正交的信号时隙。