LED可见光通信定位及若干定位方式的简介与比较

徐胜朋 徐盛涛

摘要：随着现代科技的不断进步，通信技术的发展越来越好。在现代，无线定位技术已经逐渐为人民提供服务，并且越来越受到人民的关注。在现代经济、军事以及人民的生活中都存在无线定位技术的应用。常见的LED可见光通信定位系统有很多种，本文只介绍四种，这些技术分别利用红外线、超声波、蓝牙以及无线网络等特点实现定位功能。本文研究可见光通信技术的概念及其重要性，然后介绍几种常见的可见光通信技术。

关键词：可见光;通信技术;定位方式;简介;比较

随着现代社会发展，定位技术的研发越来越重要。可见光通信技术是建立在有LED光之下的，因为LED灯光有别于传统的白炽灯，可以通过发出闪烁的光传递信息，实现定位功能。并且利用LED等光传递信号稳定、高效，可以在室内实现定位功能，便于研究人员研究室内定位技术。传统的定位系统只能定位室外的物体，不能穿透建筑物，研究室内定位技术正好填补这一部分的技术空白。

一、可见光通信技术概述

（一）技术理念

可见光通信技术是以拥有LED灯光为前提实现定位功能的。在室内环境中，LED灯发散出忽明忽暗的灯光对传输信息进行编码，将其处理为特殊信号，并且将这些信号分别采用对应的调制方式将其加载到LED灯的驱动电流上，通过电流的传输将其带到下一个接受端中，完成传递信息的功能。LED灯光比传统的灯光更加稳定，并且传递信号的速度快，保密性能更高且具有很好的抗干扰功能，所以LED灯光更适合作为传输信号的媒介，实现传递信息的功能，为人民提供定位服务。在利用该技术时，只需要将网络的电线装置安装在LED灯光电路之中，无需开启电脑，只要开启电源就可以使用，为人民提供便利。只要是被LED灯光照射的位置都可以实现定位功能，所以采用该技术应用于室内定位系统可以满足人民的定位需求。

（二）技术重要性

随着现代社会的发展，人民不仅仅需要室外定位技术，也需要室内定位技术。传统的定位系统，例如GPS定位系统、北斗定位系统等大型定位系统只可以在室外完成定位功能，不能够定位室内的物体。现代人们工作、生活的环境大部分都是在室内，所以需要在室内拥有定位的功能。GPS定位系统在大型商场或者地下停车场内信号较弱的地方很有可能出现失灵的状况，无法对物体进行精准定位。所以为满足人民生活、工作的需求，研发室内定位系统，为人民提供便利。研发室内定位系统可以缩小定位系统的盲区，填补定位系统的技术空白。

二、常见的可见光通信技术

（一）红外线定位技术

顾名思义，红外线定位技术就是利用红外线传输信号实现定位功能的技术。红外线其实就是太阳光中不可见光的一种，其波长位于微波与可见光之中，是一种波长介于760nm～1mm之间的电磁波。现代关于红外线的应用有很多，普遍应用于测量领域之中，在医学之中有较大的发挥潜力。将红外线应用于定位系统，让红外线发射器发射红外信号，并用室内的光学感应器接受，之后再通过网络将数据传输给控制中心，控制端可以采用对应的算法对其进行解析计算，判断物体位置，实现定位的功能。在室内对某个物体实现精准定位有两种方式，一种是将被测物体重点处理，将可以发射红外线标签黏贴在被测物体上，让其发射红外线。室内的传感器就可以接受红外信号完成信息传输，判斷物体位置。另一种是准备很多发射器和感应器组成红外线覆盖网，自动对物体进行定位。

（二）超声波定位技术

所谓超声波定位技术就是在被测物体上加装超声波发射器，然后将被测物体放置在安装很多超声波感应器的环境之中对其测量。或者将超声波感应器安装在被测物体之中，再将被测物体放置在拥有很多超声波接收器当中对其测量计算。这种技术是通过测量超声波接收器到发射器的时间计算距离，判断被测物体方位的。在该技术实践应用时，为防止出现误差，减少信号同步的可能性，通常在被测物体上安装超声波发射端，在被测物体所处的室内环境之中安装超声波接收端，测量数据，并且通过三边定位法判断被侧物体位置。三边定位算法是利用三个已知接收端位置到发射端位置的距离，分别以接收端位置为圆心，以两端的距离为半径画圆，判断被测物体位置。但是在实际测量中，这种算法只能缩小位置，无法计算具体位置。所以应该再利用估算法、最小二乘法或三角形质心算法对其具体位置进行再判断。

（三）蓝牙定位技术

蓝牙技术是人民在日常生活中经常使用的功能，人民可以利用蓝牙技术传送数据，蓝牙技术可以实现短距离信息传输的技术，该技术耗能低，深受人民喜欢。将蓝牙技术应用在室内定位系统中是非常方便的，只要在人们的移动设备中安装蓝牙智能模块就可以利用蓝牙技术实现定位功能。蓝牙定位技术的主要传输途径与上述技术相差不大，但是其算法有所不同。可以利用两种算法对其进行计算，分别是利用传输时间计算和利用信号衰减这一特性计算。前一种方法有较大误差，容易出现信号同步的现象，且时间的计量单位过小，无线电波的传播速度过快，需要纳米级的时钟对其测量，难度较大。后一种方法主要有两种实现方式，一种为利用理想模型公式对其计算，但是实际生活中容易出现意外和误差。利用纯理论计算会出现很大误差，第二种是先预测被测物体所处环境的参考点信号强度，建立信息数据库，通过经验分析法对其进行定位。蓝牙定位技术在应用过程中受到环境影响较大，并不稳定，所以并不建议大规模使用。

（四）无线网络定位技术

无线网络定位技术主要分为两种定位方式。一种为Wifi定位技术，另一种为ZigBee定位技术。①Wifi定位技术是利用Wifi网络的特性对其进行定位的。每一个网络的都有唯一的一个IP地址。其计算方式主要分为两种，利用经验分析法或者三角定位法对其进行计算。其经验分析法的计算方式大致与蓝牙定位系统的计算方式相同，但是其信号的传输功能比蓝牙定位技术要好，可以实现大范围的定位和追踪。现在大多数的公共场所或者居民住所都有Wifi，所以当移动设备的信号不可用时，可以使用Wifi的信号进行通信传输和定位。②ZigBee也是一种无线网络，可以实现短距离的信息传输，并且其功耗很低。ZigBee定位技术是在室内布置很多盲节点，并且在已知部位布置一个特殊节点，将节点与网间连接器进行组网，节点之间相互传输信息锁定被测物体位置。该技术低能耗，并且工作效率高，但是容易受到多径效应的影响，其测量精准度不高。

结束语：随着社会的发展，定位系统越来越重要，已经逐渐引起人民的关注。目前已经广泛应用的GPS等定位系统只能对室外的物体定位，由于室内信号弱，无法对室内物体实现精准定位，所以应该大力开发室内定位系统。现代室内定位系统有很多种，本文介绍常见的四种，主要有红外线定位系统、超声波定位系统、蓝牙定位系统和无线网络定位技术，并且已经对其特点、原理等进行详细分析，每种定位系统都有其独特的应用优势。现代室内定位系统的研发弥补原有定位系统的性能缺陷。

参考文献：

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[5]赵嘉琦，迟楠.室内LED可见光定位若干关键技术的比较研究[J].灯与照明，2016，39（01）：34-41.

作者简介：

徐胜朋（1976.06），女，山东淄博人，本科，从事电力信息通信技术研究和管理。毕业学院：山东大学

徐盛涛（1972.4），男 汉族 山东蓬莱人，本科，高级工程师，从事信息、通信、自动化等专业研究，毕业学校：华北电力学院

（作者单位：1国网山东省电力公司淄博供电公司;2国网烟台供电公司）