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基于VLC的新型无线定位识别系统的设计方案 　　摘要：提出一种VLC（可见光通信）新型无线定位识别系统的设计方案。该系统通过可见光发射机将所要传输的信号进行编码，并调制到可见光光束上进行传输，在接收机上进行了信号的解码、相干解调，并在移动终端设备上自动为使用者播放被识别物的详细信息，实现识别功能，通过网络规划时VLID（可见光标识）所处的平面空间坐标，确定终端持有者所处的实际位置区域，实现无线定位功能。 　　关键词：VLC；无线定位；识别系统；设计方案；LED 　　中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）33-0205-03 　　由于LED功耗低、使用寿命长、电路尺寸小、绿色环保、良好的信号调制功能以及较高的响应灵敏度等特性，因此它不但可以用作日常照明，而且可以通过相应的信号调制技术，将信号调制到可见光束上实现信号传输，使得LED同时具备照明和通信的双重功能。所谓可见光通信（Visible Light Communication，VLC）就是指运用可见光波段的光作为信息载体，无需光纤等有线信道的传输介质，在自由空间中直接传输光信号的通信方式。VLC相比于传统无线传输技术[1]，具有成本低、传输带宽大、安全性高、不产生电磁干扰和电磁辐射、空间复用性能较好等优势，引起国内外众多学者的关注和研究[2-3]。 　　1 系统概述 　　基于VLC的新型无线定位识别系统即在需要安装定位识别系统的地方（如各类场馆展区、大型购物中心等）对LED照明系统进行合适的改造，使LED发射的可见光中包含按照一定方式调制的特定的VLID。当持有移动终端的人员进入某LED光源的有效光照区域时，带有光电二极管探测器（PD）的移动终端将直接接收带识别码的可见光信号，进而解析出可见光特有的VLID，便可在终端中自动为用户播放被识别物的详细信息，包括文字、图片、语音、视频等丰富的多媒体资讯，为用户提供个性化、交互式的多媒体信息服务。此外，通过网络规划时VLID所处的平面空间坐标，确定终端持有者所处的实际位置区域，实现无线定位功能，使用者实时了解场馆的展品/商品信息、资源分布、安全出口、休闲服务以及所处位置等相关信息，为使用者提供特色化服务。该系统网络拓扑图如图1所示。 　　2 系统设计 　　如图1所示，在室内部署大量携带VLID的照明设备，并在网络规划中确定每个VLID在平面空间中的位置坐标。当移动终端进入可识别范围即可解析相应ID，进而得到移动终端所处的地理位置，实现无线定位的功能。在整个室内无线定位识别系统中，可见光发射机仅负责广播VLID，不需要同周边的设备建立通信关系，极大地减低了网络拓扑的复杂度，同时一定意义上降低了研发及部署的成本。移动终端中存储了所有需要提供的音视频资料、导航路线等服务信息，所有信息与VLID具有?τ?关系，由上层软件开发定义。VLID编码器为固定设备，设置在天花板、墙壁等固定位置上，为了方便系统维护，需要采用VLC的方式同系统管理员权限的设备进行点对点通信，以实现VLID编码重置、照明设备亮度调节等功能。每个发射机中的VLID编码在网络中具有唯一性和容错性，当移动终端进入到少量VLID照明设备覆盖交界处时，由于发生光信号干扰，将无法通过容错性检查，不会触发任何错误操作。 　　图2所示给出了以某场馆展厅、大型购物中心为例的可见光通信无线定位识别系统示意图。 　　从上图2可以看出，该系统只需对该场馆的展品、商品附近的LED照明灯具进行改造，使其发射的可见光中包含按照一定方式调制的VLID，以实现点对点、点对多点的数据广播功能。当持有移动终端的人员进入有效光照区域时，移动终端将直接接收带识别码的可见光信号，自动为使用者播放VLID相关的多媒体资料，同时还可以实现位置定位功能。 　　2.1 可见光收发信机设计 　　可见光收发信机设计包括可见光发射机和可见光接收机两个部分组成，VLC系统发送端，将编码器输出的数据信息调制成电信号，然后驱动LED光源发送光信号，通过自由空间光通路传送至系统接收端，在接收端通过光电二极管探测器（PD）检测出光信号并进行信号放大、滤波等处理转换为电信号，再经过解调电路模块、解码器以及识别码比对，实现信息传输和识别功能。具体实现原理、电路图分别如图3和图4所示。 　　其中，发射机运用运算放大电路实现阻抗隔离和信号调节，运用幅值均衡器来降低输入信号的带宽衰减；调节三极管静态工作点和基极交流小信号摆幅的基础上采用电流驱动确保其达到最大额定电流和三极管、运算放大器获取合适的增益带宽大小。接收机采用PIN-PD和跨阻放大器，PIN-PD直接指向LED光源，在带有PD的可见光接收机上接收此类光信号之后，进行前置放大、滤波、自适应放大、解调等处理，最终通过电平判决器