CN113783619B - 一种基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法。该方法包括：终端设备对接收的可见光通信的调制信息进行解码，确定可见光单元的标识并计算接收到的多个可见光单元的光功率，进而利用三边定位方式确定所处的位置信息；终端设备将所述位置信息嵌入在媒体访问层协议中发送给中央控制器；以优化终端设备和可见光单元之间的通信性能为目标，中央控制器根据接收到的位置信息控制调整相关可见光单元的辐射分布，并将调整结果经由媒体访问层协议反馈给终端设备。利用本发明能自动适应用户位置的改变，优化可见光通信和定位。

Description

一种基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法。

背景技术

随着诸如增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、移动流媒体传输、移动4K视频等大量占用带宽的应用出现，对无线通信资源的需求正以前所未有的速度增长。随着数据需求的增长，用于无线通信的低频电磁频谱越来越拥挤。广泛的研究试图利用高光谱中被忽略的部分来缓解资源短缺，如毫米波频段和可见光频段。其中，可见光通信作为射频通信的一种补充手段，由于其可以利用发光二极管(LED灯)的照明基础设施可以大量部署和频率可高度扩展而受到广泛关注。

可见光通信在光信道上广播信息，实现终端设备与LED灯之间的通信。可见光通信的诞生是为了解决频率资源匮乏的问题。最新研究表明，使用单个1W商用磷光白光LED灯可以实现1.35Gbps的单向通信数据速率。此外可见光通信不仅频谱资源丰富，而且无需授权，并且具有保密性高的特点，受到学术界和工业界的广泛关注。在可见光通信技术发展的同时，由于单个LED灯满足Lambert(朗伯)辐射模型，通过对其光功率的计算可以估算到辐射体的距离，从而能够将可见光用于室内定位，作为各种定位方式的补充。

然而，可见光通信也存在一些缺点。例如，它只能在光学视距中工作，因为从非视距链路接收到的光功率通常要小很多并且被忽略。虽然可见光可以提供高质量的下行通信服务，但由于硬件的限制，在终端设备上放置可见光通信发射单元是不符合实际应用的，这也带来了信息上传的困难。一个实用的解决方案是融合可见光通信和无线局域网络(主要以WiFi为主)，可见光作为一种新兴的高速无线通信技术，在媒体存取控制层(MAC)已在电气与电子工程师协会(IEEE)802.15.7中标准化。在混合组网中，在用户设备的光学视距可用的情况下，数据上传采用无线局域网通道，下行同时采用可见光通信信道和使用无线局域网络信道作为辅助控制帧传输或在光学链路不可用情况下作为一种补充。

可见光通信的弊端除视距传输之外，在可见光下行链路中，由于朗伯辐射器的固有特性，通信质量在不同的位置有很大的变化。对于一个特定的用户来说，可见光通信波动的来源是入射角和辐照角的变化。改变用户设备(如光电二极管)的朝向，使其与可见光单元对齐可以减小入射角的大小，从而提高整体可见光通信质量。但在实际应用中，用户激活调节方法需要用户主动进行，难以满足实际的需求。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法，该方法包括：

步骤S10：终端设备对接收的可见光通信的调制信息进行解码，确定可见光单元的标识并计算接收到的多个可见光单元的光功率，进而利用三边定位方式确定所处的位置信息；

步骤S20：终端设备将所述位置信息嵌入在媒体访问层协议中发送给中央控制器；

步骤S30：以优化终端设备和可见光单元之间的通信性能为目标，中央控制器根据接收到的位置信息控制调整相关可见光单元的辐射分布，并将调整结果经由媒体访问层协议反馈给终端设备。

与现有技术相比，本发明的优点在于，在室内的LED灯照明下，同时给终端用户如智能手机提供可见光通信和可见光定位的服务，利用现有的照明设备即可实现本发明。并且，通过可见光单元的转动可以在不改变照明设施的条件下提供更大的定位范围和实现更高的通信速率，从而自动适应用户位置的改变并优化可见光通信和定位。本发明实现方式高效，融合通信和定位，并能够互相增强。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明一个实施例的基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的基于融合可见光通信和可见光定位的优化系统的结构原理图；

图3是根据本发明一个实施例的融合可见光通信及定位方法在时间上的分片示意图；

图4是根据本发明一个实施例的融合可见光通信及定位方法中无线局域网络作为辅助通信方式的上行控制帧示意图；

图5是根据本发明一个实施例的融合可见光通信及定位方法中无线局域网络作为辅助通信方式的下行控制帧示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明用于可见光通信系统，该系统包括用户或称终端设备、多个可见光单元以及中央控制器(或称中央控制器节点)。其中终端设备和可见光单元(或称可见光通信单元)之间实现通信，中央控制器节点用于统一调度可见光单元，以通过改变其辐射分布来改善通信性能。为清楚起见，在以下的描述中，可见光单元以LED灯为例，LED阵列对应多个可见光单元。

参见图1所示，所提供的基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法包括以下步骤。

步骤S1，用户通过可见光进行室内定位及通信。

例如，终端设备利用光电二极管通过对不同的可见光单元接受到的光功率计算距离，并利用三边定位法进行可见光室内定位，以确定终端设备所处的位置信息(如室内坐标)，同时在接受数据阶段进行数据的采集；

步骤S2，向中央控制器节点发送位置信息。

例如，终端设备在得到室内定位坐标后通过无线局域网络在上行向中央控制器节点发送位置信息。

步骤S3，中央控制器节点控制可见光通信单元改变室内可见光的辐射分布。

例如，中央控制器节点控制可见光通信单元的旋转来改变其转动角度，通过改变转动角度能够使可见光单元对准终端设备，并改变室内可见光辐射的分布。

步骤S4，在可见光广播信息的同时，将改变后各单元的旋转角度重新在下行发送给用户。

例如，在可见光广播信息的同时将改变后各可见光单元的旋转角度重新在下行反馈至用户，通过循环执行步骤S1至S4，完成并优化可见光通信以及定位。

下文将具体介绍涉及的可见光单元、终端设备和中央控制器的具体实施例。

参见图2所示，可见光单元包括多个LED阵列，LED阵列均匀的分布在室内提供照明，并且可见光单元可以提供可见光通信的功能。具体地，可见光单元可通过正交频分多路复用技术将数据流信息调制为光强弱的变化，这种光强弱的变化在接收器(如终端设备)通过光电二极管将光电流转化为电信号时复原，并对调制信息进行解调。在实现可见光定位时，可见光单元按照时序的变化在不同的单元上能够按照时间的划分依次闪烁，闪烁的时间与通信时间的比例可以通过中央控制器来统一调度。

用户终端设备包括但不限于智能手机、移动的平板电脑、虚拟现实设备，甚至是任何一种物联网设备。终端设备的解调制模块利用光电二极管将调制在可见光媒介上的光信号解调制为网络数据包，利用解码的网络数据包提取比特信息流，以进一步为终端设备所搭载的应用提供服务。

用户终端设备，在定位周期通过检测光电二极管的光功率计算接收信号强度，在获取到终端设备上惯性测量单元所得出的方位角度后，通过求解辐射模型得到距离单个照明单元的距离，进而计算多个照明单元的距离，根据三边测量法得出室内定位坐标。

仍结合图2所示，可见光单元由一个中央控制器统一调度，在通过可见光单元进行网络通信时，需要先完成以太网-光的转换。具体地，将网络所要分发的数据包，改变其原本在物理层上通过无线电波作为媒介的方式为光波，通过在可见光频段上进行调制发送给用户含有信息的照明光。例如，中央控制器由Linux系统组成，其可以决定将所要分发的网络数据包调度在哪个可见光单元发送，而可见光单元由FPGA构成的通信模组实现网络数据包的调制过程。此外，为了能够调整可见光单元的辐射分布，每个可见光单元可放置在可以二维旋转的机械云台上，云台由中央控制器统一控制和调度，如改变其俯仰角，偏航角，从而实现一个可见光单元能够将其照射的法线对准周围点。

图3是在LED灯阵列单元的广播通信中，采用时分多路复用和跳频的方式来协调多址通信和定位。具体地，在每个时间周期内，定位和通信分别进行，以实现可见光通信和定位功能的复用。并且在定位周期内，所有的可见光单元跳跃熄灭，例如在对应T0至T1的定位周期，灯0(即可见光单元一)发生熄灭，全亮时终端设备的光功率减去此熄灭灯的光功率既可以得到相对于该灯0的光功率，利用解辐射模型的参数可以求得终端设备与该灯的距离。在T1-T2，T2-T3，T3-T4的多次跳跃后，可以得到与多个灯的距离，通过三边测量法可以得出室内定位坐标。而在每个周期中的通信时间段内，可见光单元广播中央控制器对于以太网-光转换得到的信息，室内所有终端可以通过光电二极管解码接收到的信息，实现可见光通信。

例如，用户通过检测在每个定位分块时间对每个可见光单元的强度，根据第N个灯熄灭后强度的衰减Pn来计算到该灯的距离L，在每次跳跃的周期都可以获得到一个灯的距离，在进行到第三次时可以计算出终端所在的位置，并将所计算出的位置信息上行发送至中央控制器。

图4和图5是可见光通信中利用无线局域网络进行上下行通信的辅助控制帧示意图。由于可见光通信技术所具有的天然劣势，其上行以及辅助控制帧的传输一般采用无线局域网的方式。在室内可见光通信利用无线局域网传输的IEEE 802.15.7的媒体存取控制层中给出了设计标准。如图4和图5所示的控制帧、设备ID、接收器地址、发送单元地址、过滤地址、顺序控制信息、可选地址信息以及传输的数据包，包含循环冗余校验的FCS信息。

与现有技术相比，本发明将终端设备的定位位置、设备的姿态(姿态角度)融入其上行的媒体存取控制层协议中，如图4所示。而在无线局域网的下行媒体存取控制层，如图5所示，协议融入了可见光单元的旋转角度。在这种设计下，可见光单元的旋转改变了室内辐射的分布，而各可见光单元的旋转改变又使得终端设备在辐射模型中用于定位的参数(如入射角、辐射角)发生了变化，这种优化媒体存取控制层的方式能够使得本发明所提出的优化方法有效运行。

由于固状LED灯的迅猛发展以及其具有发光寿命长，节能环保等特定，在室内照明中被广泛采用。并且，由于在可见光波段存在大量无需授权的通信频带且单个LED满足可被计量的郎伯辐射模型，可见光用作一种通信技术和定位技术被广泛研究。然而在光下行链路中，由于朗伯辐射器的固有特性，通信质量在不同的位置有很大的变化。通信波动的来源是入射角和辐照角的变化，改变用户设备的方向让其与可见光通信单元的发射法线方向对齐，可以提高整体空间通信质量。并且对于一个区域内的终端设备来说，在LED灯所构成的可见光通信单元视距边缘处，难以实现精确定位和通信，即辐射模型限制了可见光传输和定位，然而本发明通过旋转可见光单元，可以改变LED灯的照射方向，并使其能够根据用户的位置定向的旋转，从而有效提升定位的精度和传输的通信速率。

为了能够调度可见光通信单元的旋转，在一个实施例中，使用云台作为控制其旋转的方式。云台是一种能够改变其所搭载的可见光通信单元的设备。具体来说，云台可以改变可见光单元照射法线的欧拉角(偏航角，俯仰角)，这些改变可以通过可调节的数字舵机实现，搭载在云台上的多个可见光单通过中央控制器统一调度。

例如，在上述步骤S3中，中央控制器调度上述各可见光云台实现旋转，在得到终端设备的位置分布后，调整每盏灯的旋转来改变可见光辐射并最大化通信速率。如对于处于可见光的边缘节点，本身的光功率十分微弱，其处于通信和定位的盲区，换句话说，由于视距传播的局限性，原有的可见光通信在边缘的节点无法为终端用户提供可靠的通信服务。随着可见光单元的转动，原本通信速率微弱的节点得到了通信速率的增强。

对于步骤S3，在获取到终端设备的定位位置后，通过调度终端设备周围的可见光单元对准该设备，使其获得更大的通信光功率。如果在特殊情况下无法获取该设备的定位，通过检测可见光单元的光功率，能够得出其大致范围，调度其周围的可见光单元旋转并不断检测此时的光功率，仍然可以为可见光通信提供增益。如果在可见光通信盲区的情况下，调度其周围的可见光单元旋转搜寻该设备的位置，使可见光通信和定位的融合优化方法继续进行。

为了说明本发明所提出的优化方法，以下对所提出的模型进行建模分析。具体地，在空间三维坐标下，将室内可见光单元对于终端用户抽象成单个可见光单元与终端用户端到端的方式，从而建立移动终端与发送端(可见光通信单元)之间的空间几何模型。在将可见光单元与终端用户端到端的通信方式抽象出的几何模型中，每一个可见光单元相当于一个源节点，其满足朗伯辐射体光功率的计算：

其中，A_p表示光电二极管的接收面积，φ表示可见光终端对于通信设备的辐射角度。LED灯是可见光通信系统的重要组成部分，可以看作是朗伯源。在朗伯辐射模型中，接收光功率的增益H_in取决于LED灯的半功率角θ¹/₂、入射角θ以及接收机与发射机之间的距离d_in。终端的可见光接收单元主要由光滤波片，菲涅尔透镜组成的光放大器，以及光电二极管组成。g(θ)和T_s(θ)为终端可见光接收单元的光滤波器和菲涅尔透镜的固有增益，并不会随着终端的运动所改变。θ_F为朗伯辐射器的辐射角度范围，当用户所在位置至该可见光单元的连线与可见光单元照射的法线之间的角度大于θ_F时，终端被认为无法接受到可见光光功率，即“可见光视距传播”。上述公式中m为辐射器的朗伯级数，可以通过以下公式测量出：

综上，在可见光通信中，对于终端物体来说，其可见光接收功率与辐射器的半功率角有关之外，还与其对辐射器之间的距离，入射角(入射光线和物体法线方向的夹角)，辐射角(辐射器到终端物体的连线与辐射器法线方向的夹角)。假设目前有N个物体在室内，对于可见光中央控制器来说，每个物体n所能够接收的可见光功率为：

其中C对于可见光照明单元来说为一个固定的常数，而Un为终端距可见光通信单元的距离，对于室内所有的可见光单元来说，在使用本发明所提出的跳频传输方法中(如图3所示的时分多路复用方法)，首先将时间按周期分配，在每一个周期内分为通信周期和定位周期。在时间周期T0-T1的定位周期中，灯0(可见光单元一)在其定位周期熄灭，而其他灯常亮，在后续的周期内，每一盏灯跳跃熄灭，在每一次有灯熄灭时，若终端处于该单元通信的范围内，可以根据上述模型计算出终端设备距离该灯的距离，表示为：

其中，d_in为第i个可见光单元到第n个接收终端的距离，在得知以上所表示参数，如可见光单元辐射常数C，终端相对于可见光单元的辐射角和入射角，再通过当所有可见光单元常亮时的光功率

减去在跳频传输时的可见光功率大小

既可以计算出d_in。在跳频闪烁多次后根据距离多个可见光单元的距离即可以通过三边测量法计算出此时的室内位置，用户光线的入射角和可见光单元的辐射角通过图4和图5的媒体访问层协议计算得出。对于室内的所有终端来说，其所接受到的总的光功率可以表示为：

其中，i表示可见光单元的标号，μ表示可见光单元的数目，κ表示终端设备的数目，n表示终端设备的标号。

本发明所提出的优化方法在建立以上模型后通过每一个灯遍历周围终端用户的节点后，通过在俯仰角，航偏角上搜索出一个最佳的照射角的位置，通过改变其可见光辐射单元辐射角的位置至此，提升可见光的光功率，进而提升可见光传输的通信速率和定位精度。

在步骤S3中，对于方向任意的终端用户放置在可见光单元范围内，可见光单元的旋转可以优化通信速率的总和，如上述在角度的空间内遍历得到，并可以实现预先设定给此时优先权更大的用户提供更好的可见光通信服务。

在步骤S3，在实现通信速率的最优化时，中央控制器将不调制信息在用户接收不到可见光信息的单元上，以减小调制带来的能量损耗。

在步骤S3中，对于方向任意的终端用户放置在可见光单元范围内，由于其很有可能无法对多个可见光单元实现距离的测量，无法实现定位。而改变其周围多个可见光单元的旋转可以提升可见光照射的范围，实现更大范围的定位。

在步骤S4中，在调度可见光云台实现旋转后，对于终端用户来说，可见光单元的辐射角发生了变化，而此时仍然利用未发生变化的可见光定位辐射模型将会导致严重的定位误差。对于此，本发明提出了将室内可见光云台旋转后的姿态角度实时下发至终端用户。具体的实现方法为，在媒体存取控制层协议中(如图4)，将可见光云台的角度实时告知给用户。用户在获取到可见光单元的旋转角度后重新进行可见光定位。

在步骤S1中，在通过室内无线局域网络得到了可见光通信单元角度的改变后，重新带入计算距离的公式，以测量终端设备至多个可见光单元之间的距离，在测量出少量(小于3)可见光距离后可以通过强度范围估算其大致位置，调度周围的可见光单元旋转可以搜索其大致范围，并实现通信的增强。在测量出三次及以上距可见光单元的距离后，可以通过三边测量法得出精确室内定位。本发明所提出的可见光通信优化方法，可在不改变通信功耗的情况下为终端用户提供更高的速率，仅对用户视距内通信的可见光单元调制发送信息，以降低整个系统调制所需的功耗，并且实现范围更大的可见光通信和更大范围，更精确的可见光室内定位。

综上所述，在本发明中，终端设备利用附近的可见光节点作为信标，在可见光通信传输数据的同时，通过检测信标发射的可见光信号的强度实现定位。并且，终端在上行发送数据时，将定位数据发送至室内的可见光中心网络的中央控制器节点，控制器通过对室内节点的分布，调度可见光节点的照明方向，实现对特定位置的可见光传输优化。此外，本发明通过设计媒体存取控制层，能够使中心控制器同时为用户提供可见光通信和定位的服务。在效率方面，通过针对特定用户的优化可以增大下行链路吞吐速率并且提供更高的通信效率以及降低调制的功耗，并且可同时满足在可靠通信的情况下实现室内精确定位的需求。此外，本发明使用无线局域网络作为控制帧信号的补充手段，对完善系统功能，提高系统鲁棒性有重要的意义。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++、Python等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法，包括以下步骤：

步骤S10：终端设备对接收的可见光通信的调制信息进行解码，确定可见光单元的标识并计算接收到的多个可见光单元的光功率，进而利用三边定位方式确定终端设备所处的位置信息；

步骤S20：终端设备将所述位置信息嵌入在媒体访问层协议中发送给中央控制器；

步骤S30：以优化终端设备和可见光单元之间的通信性能为目标，中央控制器根据接收到的位置信息控制调整相关可见光单元的辐射分布，并将调整结果经由媒体访问层协议反馈给终端设备；

其中，在步骤S10中，对于多个可见光单元，在媒体访问层协议中插入一段多个信标在时序上间断的频闪，在时间间隙上对终端设备形成唯一的标识，并根据对时序上间断的频闪检测可见光强度，利用朗伯辐射模型估算距离多个可见光单元的距离，进而确定所述位置信息；

其中，终端设备的接收端为光敏传感器，利用下行的无线局域网络与其自身的时钟单元，使时间窗口与中央控制器的时间窗口对齐，在通信时间窗内，接收端对接收的可见光信息进行正交频分多路复用的解调制获取编码信息；在定位时间窗内，通过模拟-数字转换计算当前接收的光功率，并利用终端设备上设置的惯性测量单元获取该终端设备的姿态角，并基于接收的光功率计算终端设备与可见光单元之间的距离，进而确定终端设备的位置信息，并定期将位置信息发送至所述中央控制器。

2.根据权利要求1所述的基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法，其特征在于，在步骤S30中，中央控制器根据终端设备发送的位置信息调度相关可见光单元的欧拉角，以控制可见光通信的辐射分布。

3.根据权利要求1所述的基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法，其特征在于，发送端利用可供选择长短的时间窗分配方式向终端设备发送调制信息，在通信时间窗内通过正交频分多路复用调制终端设备所需信息并通过可见光媒介广播，且设置终端设备对于时间窗的划分与发送端一致。

4.根据权利要求1所述的基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法，其特征在于，中央控制器对于每个可见光单元，在收集到终端设备在上行所发送的位置信息后通过云台的控制改变其欧拉角，使相关可见光单元定向的对准终端设备。

5.根据权利要求1所述的基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法，其特征在于，可见光单元由恒流电源所驱动的LED发光照明阵列组成，用于发送定位和通信信息，并由中央控制器求解得到当前对于每个用户资源分配的调度优化策略。

6.根据权利要求1所述的基于融合可见光通信和可见光定位的优化方法，其特征在于，通过改变无线局域网络辅助控制帧实现所述位置信息和所述调整结果的发送。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现根据权利要求1至6中任一项所述方法的步骤。

8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，在所述存储器上存储有能够在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

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