一種使用多色led的可見光通信網(wǎng)室內定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，使用多色LED燈中的多種顏色合成恒定的白光輸出，保證照明質量，每個LED燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見光通信網(wǎng)中鄰近LED燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，接收機檢測接收信號中不同顏色可見光能量的比值并上行反饋至可見光控制中心，可見光控制中心通過查詢其存儲的網(wǎng)絡中所有LED燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊覆蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比及與之對應的LED燈位置，可得知可見光接收機處于哪一個或哪幾個LED燈的覆蓋區(qū)域，實現(xiàn)對可見光接收機的定位。本發(fā)明充分利用可見光信號的功率資源，在無需額外的系統(tǒng)負載的前提下快速定位用戶，不影響可見光信號的高速傳輸。
【專利說明】
-種使用多色LE叫勺可見光通信網(wǎng)室內定位方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明是一種可見光通信網(wǎng)室內定位方法，屬于無線網(wǎng)絡技術領域。
【背景技術】
[0002] 隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的大幅增長，無線網(wǎng)絡必須提供更大的容量和更高效的頻譜利用 率。然而大多數(shù)無線電波頻譜資源已經(jīng)分配完畢，此外無線電波還會對相鄰的設備產(chǎn)生干 擾，無線網(wǎng)絡正遭遇容量瓶頸。可見光通信技術是近幾年興起的無線通信技術，它能夠解決 無線通信頻譜資源日益擁擠的難題?？梢姽馔ㄐ啪W(wǎng)使用免費的可見光頻譜資源，它不僅能 夠避免電磁干擾而且還能使用Lm)節(jié)能材料在提供照明的同時傳輸數(shù)據(jù)?？梢姽馔ㄐ畔到y(tǒng) 利用低成本的發(fā)光二極管(LED)作為信號的發(fā)送機，PIN光電二極管或者雪崩光電二極管作 為接收機，在室內環(huán)境中能夠顯著地減少現(xiàn)有無線通信網(wǎng)絡的負擔?？梢姽馔ㄐ啪W(wǎng)通常利 用在室內安裝多個Lm)燈形成無縫信號覆蓋及有效照明，然而在移動場景中，用戶可能從一 個Lm)燈的信號覆蓋區(qū)走入另一個Lm)燈的信號覆蓋區(qū)，服務該用戶的LED燈隨之改變。因 此，可見光通信系統(tǒng)必須及時對用戶快速定位W便分配合適的Lm)燈為用戶提供高速下行 數(shù)據(jù)傳輸，同時不能增加系統(tǒng)的負載。
【發(fā)明內容】
[0003] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種可見光通信網(wǎng)室內定位方法，該方法能夠充 分利用可見光信號的功率資源，在無需額外的系統(tǒng)負載的前提下快速定位用戶，不影響可 見光信號的高速傳輸。實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下：
[0004] -種使用多色L邸的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，包括：
[0005] a)使用多色L邸燈中的多種顏色合成恒定的白光輸出，保證照明質量；
[0006] b)在保證恒定白光輸出的前提下，每個Lm)燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見 光通信網(wǎng)中鄰近Lm)燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，運些各不相同的顏 色輸出功率比設為可見光接收機區(qū)分不同L邸燈信號的依據(jù)；
[0007] C)用戶持有的可見光接收機檢測接收信號中不同顏色可見光能量的比值并形成 上行反饋信號，發(fā)送至可見光控制中屯、；
[000引d)可見光控制中屯、存儲網(wǎng)絡中所有L邸燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重 疊覆蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比值，W及與之對應的Lm)燈位置，可得知可見光接收機處 于哪一個或哪幾個L邸燈的覆蓋區(qū)域，從而實現(xiàn)對可見光接收機的定位。
[0009] 進一步地，a)中所述L邸燈中的多種顏色的色度值(xi,yi)，（X2，y2)，'''（XL，yL)，L〉3 滿足W下方程組條件：
[0010]
[OOW 其中（x，y)為白色的色度值，Pj,i為第i個L抓燈中第巧巾顏色的功率占總發(fā)射可見 光功率的比值;對于每一個L邸燈而言，Pi各不相同。
[0012] 進一步地，所述方法還包括:設計Lm)燈的歸一化功率比，所述設計準則是使網(wǎng)絡 中任意兩個Lm)燈的歸一化功率比之間的最小歐式距離最大;所述L邸燈多種顏色的歸一化 功率比生成的具體方法為：
[0013] e)根據(jù)網(wǎng)絡中LED燈的數(shù)量隨機生成滿足所述方程組條件的Lm)燈多種顏色輸出 功率比Pi，P2,. . .，Pm，M為網(wǎng)絡中L邸燈的個數(shù)；
[0014] f)設置參數(shù)α初始值為1，參數(shù)as為闊值口限值；
[001リg)對于每一個Pj，j = l，...，M求解使表達式-ln(Σ片ke邱（-a||Pj-Pk||2))/α最大且 滿足所述方程組條件的輸出功率比Pk，最終得到新的集合Pi，P2, . . .，Pm;
[0016] h)判斷α值是否小于as,若小于，則增大α的數(shù)值，返回步驟g);若大于或等于，則網(wǎng) 絡中Μ個L邸燈的多種顏色輸出功率比為Pi，P2,...，Pm。
[0017] 進一步地，所述as設置為5000,所述增大α數(shù)值的方式為擴大為原來數(shù)值的2倍。
[0018] 進一步地，所述可見光接收機具有W下特征：
[0019] i)不僅能夠接收Lm)燈發(fā)送的信號，還能夠建立上行鏈路并發(fā)送反饋信號至可見 光控制中屯、；
[0020] j)可見光接收機前安裝透鏡W便使不同顏色的可見光投射在接收器不同的位置， 降低不同顏色信道間的干擾。
[0021] 進一步地，所述上行鏈路為可見光上行接入點，或者WiFi熱點，或者蜂窩網(wǎng)基站， 或者藍牙，或者紅外線接入點。
[0022] 進一步地，所述多色L邸采用4色LED，分別是紅色、綠色、藍色和青色。
[0023] 本發(fā)明的有益效果：
[0024] 本發(fā)明提出了一種可見光通信網(wǎng)室內定位方法，該方法能夠充分利用可見光信號 的功率資源，在無需額外的系統(tǒng)負載的前提下快速定位用戶，不影響可見光信號的高速傳 輸。
【附圖說明】
[0025] 圖1多色L邸可見光通信網(wǎng)示意圖；
[00%] 圖2四色L邸可見光通信網(wǎng)中4-L邸和8-L邸場景下的定位誤差仿真圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面參照附圖并結合實例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0028] 如圖1所示，本發(fā)明中的可見光通信網(wǎng)包括多個多色L邸燈負責室內的照明和可見 光下行鏈路的傳輸，一個可見光控制中屯、及一個能提供從移動用戶至可見光控制中屯、傳輸 信息的上行鏈路，可W是可見光上行接入點，WiFi熱點，蜂窩網(wǎng)基站，藍牙或紅外線接入點 等。可見光接收機不僅能夠接收Lm)燈發(fā)送的信號，還具有建立上行鏈路發(fā)送反饋信號至可 見光控制中屯、的能力，此外，可見光接收機前安裝透鏡W便使不同顏色的可見光投射在接 收器不同的位置，盡可能降低不同顏色信道間的干擾。本發(fā)明使用多色Lm)中的多種顏色合 成恒定的白光輸出，保證照明質量。若將Lm)燈中多種顏色的色度值表示為（xi，yi)，（X2， 72)，...（亂，7〇山3，則滿足：
[0029]
[0030] 其中（x，y)為白色的色度值，Pj,i為第i個Lm)燈中第巧巾顏色的功率占總發(fā)射可見 光功率的比值。對于每一個L邸燈而言，Pi都各不相同。
[0031] 在保證恒定白光輸出的前提下，每個L邸燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見光 通信網(wǎng)中鄰近Lm)燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，運些各不相同的顏色 輸出功率比對于可見光接收機而言是區(qū)分不同L邸燈信號的依據(jù)。此外，可見光接收機檢測 接收信號中不同顏色可見光能量的比值并形成上行反饋信號發(fā)送至可見光控制中屯、?？梢?光控制中屯、存儲網(wǎng)絡中所有L邸燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊覆蓋區(qū)域的多 種顏色輸出功率比值及與之對應的Lm)燈位置，可得知可見光接收機處于哪一個或哪幾個 L邸燈的覆蓋區(qū)域，從而實現(xiàn)對可見光接收機的定位。
[0032] 在設計Lm)燈的歸一化功率比數(shù)值時，設計準則是使任意兩個Lm)燈的歸一化功率 比之間的最小歐式距離最大，L邸燈多種顏色的歸一化功率比生成的具體方法為：
[0033] a)根據(jù)網(wǎng)絡中L邸燈的數(shù)量隨機生成滿足公式（1)中方程組條件的L抓燈多種顏色 輸出功率比Pi，P2,. . .，Pm，M為網(wǎng)絡中L邸燈的個數(shù)；
[0034] b)設置參數(shù)α初始值為1，參數(shù)as為闊值口限值，本發(fā)明中可設置為5000;
[00對 c)對于每一個Pj，j = l，···，M求解使表達式-ln(Σ片kexp(-α||P廣Pk||2))/α最大且 滿足(1)中的限定條件的輸出功率比Pk，最終得到新的集合Pi，P2, . . .，Pm;
[0036] d)判斷α值是否小于as,若小于，則增大α的數(shù)值，例如擴大至原來數(shù)值的2倍，返回 步驟C);若大于或等于，則網(wǎng)絡中Μ個L邸燈的多種顏色輸出功率比為Ρι，Ρ2,. . .，Ρμ;
[0037] 本發(fā)明實施例采用四色LED,四種顏色分別為紅色(R，Red)、綠色(G，Green)、藍色 (B，Blue)和青色(C，切an)。表1所示為四色L邸可見光通信網(wǎng)中4-L邸和8-L抓場景下的最優(yōu) 功率比值，表2所示為四色LED可見光通信網(wǎng)中4-Lm)場景中所有可能的重疊覆蓋區(qū)域的 RGBC四色功率比值，其中（1，2)表示編號1的L抓燈和編號為2的L邸燈的重疊覆蓋區(qū)域，其余 有類似定義。從表1和表2可看出編號為2和L抓燈與編號為3的L邸燈的重疊覆蓋區(qū)域的RGBC 功率比與編號為4的L邸燈的比值相同，若用戶將在此重疊覆蓋區(qū)域檢測的RGBC功率比值發(fā) 送給可見光控制中屯、，會造成定位錯誤。因此，在網(wǎng)絡布置時需要將編號3的Lm)與編號4的 L邸燈隔開，使其不相鄰且無重疊覆蓋區(qū)域。
[00；3引 表1 [0039]
[0043] 圖2所示為四色LED可見光通信網(wǎng)中4-LED和8-LE：D場景下的定位誤差仿真圖。由于 可見光控制中屯、存儲可見光通信網(wǎng)中所有L邸燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊 覆蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比值及與之對應的Lm)燈位置，因而當用戶無論處于單獨LED 燈覆蓋區(qū)域還是重疊覆蓋區(qū)域都可W準確跟蹤定位。圖2比較了當可見光控制中屯、存儲/不 存儲重疊覆蓋區(qū)域的Lm)燈的多顏色輸出功率比值時用戶的定位誤差。當可見光控制中屯、 不存儲重疊覆蓋區(qū)域的輸出功率比值時，定位誤差相比較而言更小，然而在此場景下，當用 戶處于重疊覆蓋區(qū)域時，系統(tǒng)無法對其定位。
[0044] 雖然本發(fā)明已W較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不 脫離本發(fā)明之精神和范圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護范圍。因 此本發(fā)明的保護范圍應當W本申請的權利要求所界定的內容為標準。
【主權項】
1. 一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，其特征在于，包括： a) 使用多色LED燈中的多種顏色合成恒定的白光輸出，保證照明質量； b) 在保證恒定白光輸出的前提下，每個LED燈中的多種顏色輸出功率比唯一，可見光通 信網(wǎng)中鄰近LED燈形成的重疊覆蓋區(qū)的多種顏色輸出功率比唯一，這些各不相同的顏色輸 出功率比設為可見光接收機區(qū)分不同LED燈信號的依據(jù)； c) 用戶持有的可見光接收機檢測接收信號中不同顏色可見光能量的比值并形成上行 反饋信號，發(fā)送至可見光控制中心； d) 可見光控制中心存儲網(wǎng)絡中所有LED燈唯一的多種顏色功率比和所有可能的重疊覆 蓋區(qū)域的多種顏色輸出功率比值，以及與之對應的LED燈位置，可得知可見光接收機處于哪 一個或哪幾個LED燈的覆蓋區(qū)域，從而實現(xiàn)對可見光接收機的定位。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，其特征在 于，a)中所述LED燈中的多種顏色的色度值(^^^，（^，^^…（^，幾丨丄"滿足以下方程組 條件：其中（X，y)為白色的色度值，Pj, i為第i個LED燈中第j種顏色的功率占總發(fā)射可見光功 率的比值;對于每一個LED燈而言，Pi各不相同。3. 根據(jù)權利要求2所述的一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，其特征在 于，還包括:設計LED燈的歸一化功率比，所述設計準則是使網(wǎng)絡中任意兩個LED燈的歸一化 功率比之間的最小歐式距離最大;所述LED燈多種顏色的歸一化功率比生成的具體方法為： e) 根據(jù)網(wǎng)絡中LED燈的數(shù)量隨機生成滿足所述方程組條件的LED燈多種顏色輸出功率 比Pi，P2,. . .，Pm，M為網(wǎng)絡中LED燈的個數(shù)； f) 設置參數(shù)α初始值為1，參數(shù)<^為閾值門限值； g) 對于每一個Pj，j = l，···，Μ求解使表達式_ln( Ej#kexp(-a | |Pj-Pk| |2))/α最大且滿足 所述方程組條件的輸出功率比Pk，最終得到新的集合...，Ρμ; h) 判斷a值是否小于as，若小于，則增大a的數(shù)值，返回步驟g);若大于或等于，則網(wǎng)絡中Μ 個LED燈的多種顏色輸出功率比為Pi，Ρ2,...，Ρμ。4. 根據(jù)權利要求3所述的一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，其特征在 于，所述as設置為5000,所述增大a數(shù)值的方式為擴大為原來數(shù)值的2倍。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，其特征在 于，所述可見光接收機具有以下特征： i) 不僅能夠接收LED燈發(fā)送的信號，還能夠建立上行鏈路并發(fā)送反饋信號至可見光控 制中心； j)可見光接收機前安裝透鏡以便使不同顏色的可見光投射在接收器不同的位置，降低 不同顏色信道間的干擾。6. 根據(jù)權利要求5所述的一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法，其特征在 于，所述上行鏈路為可見光上行接入點，或者WiFi熱點，或者蜂窩網(wǎng)基站，或者藍牙，或者紅 外線接入點。7. 根據(jù)權利要求1-6任意一項所述的一種使用多色LED的可見光通信網(wǎng)室內定位方法， 其特征在于，所述多色LED采用4色LED，分別是紅色、綠色、藍色和青色。
【文檔編號】H04B10/116GK106059665SQ201610428046
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】鮑煦, 戴繼生
【申請人】江蘇大學