基于可见光通信的室内定位系统以及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于可见光通信的室内定位系统以及方法，为解决现有的室内定位系统以及方法硬件成本高、系统维护开销大等问题而设计。所述基于可见光通信的室内定位系统，包括发射端与移动接收端；发射端由若干个分布在室内各处的发射器组成；发射器包括用以将发射器所在的位置信息以光信号向外输出的LED光源；移动接收端，用以接收所述光信号并转换成电信号并从电信号中提取位置信息。所述基于可见光通信的室内定位方法，用于上述基于可见光通信的室内定位系统中，包括LED光源将其所在的位置信息以光信号向外输出的步骤以及移动接收端接收光信号并转换成电信号，从电信号中提取位置信息的步骤。本发明具有硬件成本低、维护开销小，精度高等优点。
【专利说明】基于可见光通信的室内定位系统以及方法
【技术领域】
[0001]本发明可见光通信领域，尤其涉及一种基于可见光通信的室内定位系统以及方法。
【背景技术】
[0002]GPS全球定位系统解决了室外的定位,但是商场、商务楼等休闲办公场所的室内定位却由于建筑物的遮挡，没能很好的解决。现有的室内的定位系统包括:
[0003]Active Badge定位系统，基于室内标记感测原型系统，根据近似法来估计用户的位置，仅能精确到房间故精确度低；
[0004]Active Bat定位系统、Cricket以及SpotON定位系统，通常需要在需要定位的室内使用大量的专用设备，从而系统成本高、系统维护开销大。
【发明内容】
[0005](一)发明目的
[0006]本发明旨在提供一种精确度高、系统成本低的基于可见光通信的室内定位系统以及方法。
[0007](二)技术方案
[0008]为达上述目的，本发明基于可见光通信的室内定位系统，包括发射端与移动接收端;
[0009]所述发射端由若干个分布在室内各处的发射器组成；
[0010]所述发射器包括用以将发射器所在的位置信息以光信号向外输出的LED光源；
[0011]所述移动接收端，用以接收所述光信号、转换成电信号并从电信号中提取位置信
肩、O
[0012]优选地，
[0013]所述发射器还包括用以将所述位置信息转换成能驱动所述LED光源的调制信号的第一信号处理单元。
[0014]优选地，
[0015]所述移动接收端包括:
[0016]光电转换器，用以接收所述光信号并转换成电信号；
[0017]第二信号处理单元，用以接收并解调所述电信号以获取位置信息。
[0018]优选地，
[0019]所述光电转换器为太阳能电池；
[0020]所述太阳能电池，用以接收所述光信号，吸收所述光信号携带的光能并转换成电能以电压向外输出；所述太阳能电池输出的电压随所述光信号的变化而变化形成变化电压生成所述电信号；
[0021]所述第二信号处理单元为与所述太阳能电池电相连的解调器，用以接收并解调所述太阳能电池输出的变化电压。
[0022]优选地，
[0023]所述第一信号处理单元包括DTMF双音多频调制器；
[0024]所述第二信号处理单元包括DTMF双音多频解调器。
[0025]优选地，所述LED光源为白光LED光源。
[0026]为达上述目的，本发明基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，所述基于可见光通信的室内定位方法，包括以下步骤:
[0027]步骤M:LED光源将其所在的位置信息以光信号向外输出；
[0028]步骤N:移动接收端接收光信号并转换成电信号，从电信号中提取位置信息。
[0029]进一步地，所述基于可见光通信的室内定位方法，还包括以下步骤:
[0030]步骤M-1:将所述位置信息按照预设调制方法生成能驱动LED的调制信号并输出到所述LED光源；
[0031]所述步骤N包括以下步骤:
[0032]步骤N1:接收光信号、转换成电信号并输出所述电信号；
[0033]步骤N2:接收所述电信号、根据与所述预设调制方法相适配的预设解调方法解调所述电信号以获取位置信息。
[0034]进一步地，
[0035]所述预设调制方法为DTMF双音多频调制方法；
[0036]所述预设解调方法为DTMF双音多频解调方法。
[0037]进一步地，所述步骤NI包括以下具体步骤:
[0038]步骤N1.1:接收所述光信号并吸收所述光信号所携带的光能以电压向外输出；
[0039]步骤N1.2:根据所述光信号的变化输出变换电压，生成所述电信号。
[0040](三)本发明基于可见光通信的室内定位系统以及方法的有益效果
[0041]第一:本发明基于可见光通信的室内定位系统以及方法，采用可见光通信，LED光源将其自身所在的位置以光信号向外广播，移动接收端在接收到可见光后通过信号处理后得到了移动接收端的所在位置，定位精度高达lm。
[0042]第二:本发明基于可见光通信的室内定位系统以及方法，采用LED光源作为用于定位的发射端的组成部件，所述LED光源既可以用于照明或用于商场等地方的装饰，又用于室内定位的通信，相对于传统的Active Bat定位系统、Cricket以及SpotON定位系统需要额外的铺设专用设备，节省了系统的硬件成本，节省了开销，同时维护简单，维护费用低。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为本发明实施例二所述的基于可见光通信的室内定位系统的结构示意图；
[0044]图2为本发明实施例三所述的基于可见光通信的室内定位系统的结构示意图；
[0045]图3是本发明第二实施例所述的基于可见光通信的室内定位方法的流程图。
【具体实施方式】
[0046]下面结合说明书附图以及实施例对本发明基于可见光通信的室内定位系统做进一步的说明。[0047]实施例一:
[0048]可见光通信是利用白光或有色光发光二极管等发出的肉眼观察不到的高速明暗闪烁的光信号来传输信息的，是一项已经用于室内通信的技术。
[0049]本实施例基于可见光通信的室内定位系统，包括发射端与移动接收端；
[0050]所述发射端由若干个分布在室内各处的发射器组成；
[0051]所述发射器包括用以将发射器所在的位置信息以光信号向外输出的LED光源；
[0052]所述移动接收端，用以接收所述光信号并转换成电信号并从电信号中提取位置信
肩、O
[0053]在具体的使用过程中，LED光源根据需要传输的位置信息以闪烁信号向外输出光信号。所述位置信息可以是已经通过编码调制存储在存储器当中由控制器或控制电路直接读取并向LED光源输出的信息，也可以是直接由逻辑电路直接控制LED光源的输入电压或电流实现，实现方式有多种，且实现成本低，而LED光源普遍应用于办公和生活的场所。而移动接收端可以是手机或平板电脑或个人数字助理等常见的移动设备，故本实施例所述的基于可见光通信的室内定位系统具有实施简单、实施成本低以及精确度高等优点。
[0054]实施例二:
[0055]如图1所示，本实施例为基于可见光通信的室内定位系统，包括发射端与移动接收端；
[0056]所述发射端包括若干个分布在室内各处的发射器；发射器的个数以及位置根据需要以及所预设的定位精度进行设置；
[0057]所述发射器包括:
[0058]第一信号处理单元，用以将其所在的位置信息生成能驱动LED光源的调制信号并输出；如发射端位于位置A，则第一信号处理单元将其位置信号——位置A根据预设调制方法调制成LED光源可识别的调制信号并输出到与其连接的LED光源；
[0059]LED光源,用以接收所述调制信号并转换成光信号向外输出；LED光源与所述第一信号处理单元连接，接收到调制信号转换成光信号向外输出，通常为广播输出；图示中虚线箭头代表的为光信号；
[0060]所述移动接收端包括:
[0061]光电转换器，用以接收所述光信号并转换成电信号；光电转换器接收光信号并转换成电压、电流等电信号向外输出。移动接收端位于不同的位置对应着不同的发射端，光电转换器将接收该位置的LED光源以光信号送出的位置信息，从而简便的实现了对移动接收端位置的跟踪和定位；
[0062]第二信号处理单元，用以接收并解调所述电信号以获取位置信息，采用与预设的调制方法相适配的预设解调方法，将电信号转换成位置信息向外输出，从而用户可以获得其所在的位置信息。
[0063]本实施例所述的基于可见光通信的室内定位系统，相对于传统的定位系统是一种全新的定位系统，该系统采用可见光信息进行定位。发射端有第一信号处理单元以及LED光源组成，具有结构简单，设备成本低的特点，此外该LED光源为可见光光源，可用于室内照明以及室内装修，无需传统的系统当中的专用设备，故进一步的降低了系统的硬件成本。此外通过实验的反复验证，本实施例所述的基于可见光通信的室内定位系统的精确度可高达lm，故具有精确度高的特点。
[0064]实施例三:
[0065]本实施例基于可见光通信的室内定位系统，包括发射端与移动接收端；
[0066]所述发射端由若干个分布在室内各处发射器组成；
[0067]所述发射器包括:
[0068]第一信号处理单元，用以将其所在的位置信息生成能驱动LED光源的调制信号并输出；
[0069]LED光源，用以接收所述调制信号并转换成光信号向外输出；
[0070]所述移动接收端包括:
[0071]光电转换器，用以接收所述光信号并转换成电信号；
[0072]第二信号处理单元，用以接收并解调所述电信号以获取位置信息；
[0073]所述光电转换器为太阳能电池；所述太阳能电池接收所述光信号，吸收所述光信号携带的光能并转换成电能并以电压向外输出，根据所述光信号的变化对外输出变化电压形成所述电信号；
[0074]所述第二信号处理单元为与所述太阳能电池相连的解调器，用以接收并解调所述太阳能电池输出的变化电压。
[0075]在本实施例中将所述光电转换器进一步的具化成太阳能电池，太阳能电池可以接收光信号，并吸收光信号所携带的光能，太阳能电池输出的电压幅度随所吸收的光能强度变化而变化，，简便的完成了光电信号的接收与转换。在具体的实施过程中还可以采用其他的光电转换设备，但是在本实施例中采用太阳能电池，具有体积小、转换精确与其他电路连接简便等优点，
[0076]实施例四:
[0077]如图2所示，实施例在上述任一实施例的基础上，本实施例所述的基于可见光通信的室内定位系统，所述第一信号处理单元为DTMF双音多频调制器；所述第二信号处理单元为DTMF双音多频解调器。在可见光通信的过程中信号的调制方式有多种如OOK 二进制启闭键控调制方法以及OFDM正交频分复用调制方法等，对应不同的调制方法有不同的调制器以及解调器；而本实施例中优选了技术成熟，结构简单、调制简单的DTMF双音多频调制器以及DTMF双音多频解调器的调制器。而DTMF多因多频调制器广泛应用于电子设备中，如手机、平板电脑、个人数字助理等移动设备中，从而使得本系统中所述的移动接收端所涵盖的设备多，系统构成简单。其中LED光源与太阳能电池之间的波形表不的为光信号。
[0078]作为本实施例的进一步改进，本实施例所述的移动接收端为手机或平板电脑，现有的手机以及平板电脑中均已内置了 DTMF双音多频解调器，再与所述光电转换器一太阳能电池连接能接收LED光源发射的光信号并输出位置信息，由于太阳能电池小巧，安装到手机或平板电脑中简便，而手机和平板电脑均是普遍使用的设备，故进一步的简化了系统，降低了系统的硬件成本。
[0079]实施例五:
[0080]本实施例基于可见光通信的室内定位系统，包括发射端与移动接收端；
[0081]所述发射端包括若干个分布在室内各处发射器；
[0082]所述发射器包括:[0083]第一信号处理单元，用以将其所在的位置信息生成能驱动LED光源的调制信号并输出；
[0084]LED光源，用以接收所述调制信号并转换成光信号向外输出；
[0085]所述移动接收端包括:
[0086]光电转换器，用以接收所述光信号并转换成电信号；
[0087]第二信号处理单元，用以接收并解调所述电信号以获取位置信息；所述LED光源为白光LED光源。
[0088]在具体的使用过程中，所述LED光源为任意颜色的可见光光源，然而本实施例优选白光LED光源，白光LED光源通信质量好，且普遍用于照明，在系统铺设和使用成本上都是优选方案。
[0089]下面结合说明书附图以及实施例对本发明基于可见光通信的室内定位方法做进一步的说明。
[0090]第一实施例:
[0091]本实施例基于可见光通信的室内定位方法，包括以下步骤:
[0092]步骤M:LED光源将其所在的位置信息以光信号向外输出；
[0093]步骤N:移动接收端接收光信号并转换成电信号，从电信号中提取位置信息。
[0094]本实施例基于可见光通信的室内定位方法，采用可见光通信进行室内的定位，首先提供了一种全新的室内定位的方法；其次，由于通信方法中的通信设备是采用了 LED光源以及应用广泛的手机以及平板电脑等移动接收端，故实施该方法硬件成本低，再次，基于可见光，故本实施例所述的可见光通信的室内定位方法，定位粒度小于房间；在反复的实验验证的过程中，定位的精度将高达lm。
[0095]第二实施例:
[0096]如图3所不,本实施例基于可见光通信的室内定位方法,用于若干个由第一信号处理单元以及LED光源组成的发射器与由光电转换器与第二信号处理单元的移动接收端之间关于室内定位的通信，具体包括以下步骤:
[0097]步骤S1:将其所在的位置信息按照预设调制方法生成能驱动LED光源的调制信号并输出；
[0098]步骤S2 =LED光源接收所述调制信号、转换成光信号向外输出；
[0099]步骤S3:接收光信号、转换成电信号并输出所述电信号；
[0100]步骤S4:接收所述电信号、根据与所述预设调制方法相适配的预设解调方法解调所述电信号以获取位置信息。
[0101]在具体的实施过程中，所述发射端反复向外发射位置信息，如LED光源在I秒钟内发射10次携带有位置信息的光信号，以方便经过的移动接收端接收到该位置的位置信息，从而能简便的实现定位。
[0102]本实施例所述的基于可见光通信的室内定位方法，区别于传统的定位方法以可见光通信为通信方法实现位置信息的传输与定位，具有实现简便，实现成本低，定位精度高等优点。
[0103]第三实施例:
[0104]本实施例，在上一实施例的基础上，将所述步骤S3分为二步具体如下:[0105]步骤S3.1:接收所述光信号并吸收所述光信号所携带的光能以电压向外输出；
[0106]步骤S3.2:根据所述光信号的变化输出变换电压，生成所述电信号。在具体的实施过程中，光电信号的转换有多种，而本实施例中采用方法实现简便，实现设备成本低，体积小且兼容性强。
[0107]此外，所述光信号可以使各种颜色的可见光信号，然而在本实施例中优选白光信号，由于白光信号在可见光通信的过程中，通信质量好，且白光大多用于照明，使用广泛，在具体的实施过程中，实施设备成本低。
[0108]第四实施例:
[0109]本实施例基于可见光通信的室内定位方法，用于若干个由第一信号处理单元以及LED光源组成的发射端与由光电转换器与第二信号处理单元的移动接收端之间关于室内定位的通信，具体包括以下步骤:
[0110]步骤S1:第一信号处理单元将其所在的位置信息按照DTMF双音多频调制方法生成能驱动LED光源的调制信号并输出；如第一信号处理单元将地址信息，11号大街13号5楼A区等文本信息经信号编码转换成信号，再通过DTMF双音多频调制方法转换成相应的频率输出；
[0111]步骤S2:LED光源接收所述调制信号、转换成光信号向外输出；LED光源根据第一信号处理单元所输出的频率，转换成不同频率的闪烁光信号输出；
[0112]步骤S3:光电转换器接收光信号、转换成电信号并输出所述电信号；光电转换器依据其接收到的光信号转换成相应的电信号，可以是电压信号也可以是电流信号并输出；
[0113]步骤S4:第二信号处理单元接收所述电信号、根据与所述预设调制方法相适配的DTMF双音多频解调方法解调所述电信号以获取位置信息。第二信号处理单元接收所述电信号，并通过DTMF双音多频解调方法解调所述电信号，得到经编码后的位置信息，再通过解码得到最终用户可读的位置信息，从而能准确的定位移动接收端用户所在的位置。DTMF调制、解调方法技术成熟、实现简便，在大量使用的移动电子设备中均可以完成，从而使得本实施例所述的基于可见光通信的定位方法具有推广方便以及使用成本低的优点。
[0114]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种基于可见光通信的室内定位系统，包括发射端与移动接收端；其特征在于， 所述发射端由若干个分布在室内各处的发射器组成； 所述发射器包括用以将发射器所在的位置信息以光信号向外输出的LED光源； 所述移动接收端，用以接收所述光信号、转换成电信号并从电信号中提取位置信息。
2.根据权利要求1所述的基于可见光通信的室内定位系统，其特征在于， 所述发射器还包括用以将所述位置信息转换成能驱动所述LED光源的调制信号的第一信号处理单兀。
3.根据权利要求2所述的基于可见光通信的室内定位系统，其特征在于， 所述移动接收端包括: 光电转换器，用以接收所述光信号并转换成电信号； 第二信号处理单元，用以接收并解调所述电信号以获取位置信息。
4.根据权利要求3所述的基于可见光通信的室内定位系统，其特征在于， 所述光电转换器为太阳能电池； 所述太阳能电池，用以接收所述光信号，吸收所述光信号携带的光能并转换成电能以电压向外输出；所述太阳能电池输出的电压随所述光信号的变化而变化形成变化电压生成所述电信号；` 所述第二信号处理单元为与所述太阳能电池电相连的解调器，用以接收并解调所述太阳能电池输出的变化电压。
5.根据权利要求3或4所述的基于可见光通信的室内定位统，其特征在于， 所述第一信号处理单元包括DTMF双音多频调制器； 所述第二信号处理单元包括DTMF双音多频解调器。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的基于可见光通信的室内地位系统，其特征在于，所述LED光源为白光LED光源。
7.一种基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，所述基于可见光通信的室内定位方法包括以下步骤: 步骤M:LED光源将其所在的位置信息以光信号向外输出； 步骤N:移动接收端接收光信号并转换成电信号，从电信号中提取位置信息。
8.根据权利要求7所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，所述基于可见光通信的室内定位方法，还包括以下步骤: 步骤M-1:将所述位置信息按照预设调制方法生成能驱动LED光源的调制信号并输出到所述LED光源； 所述步骤N包括以下步骤: 步骤N1:接收光信号、转换成电信号并输出所述电信号； 步骤N2:接收所述电信号、根据与所述预设调制方法相适配的预设解调方法解调所述电信号以获取位置信息。
9.根据权利要求8所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于， 所述预设调制方法为DTMF双音多频调制方法； 所述预设解调方法为DTMF双音多频解调方法。
10.根据权利要求7或8所述的基于可见光通信的室内定位方法，其特征在于，所述步骤NI包括以下具体步骤: 步骤N1.1:接收所述光信号并吸收所述光信号所携带的光能以电压向外输出； 步骤N1.2:根据光信号的变化输出变`换电压，生成所述电信号。
【文档编号】G01S5/16GK103869284SQ201410073770
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】张民, 韩大海, 罗鹏飞, 张翔, 李青, 李壮 申请人:北京邮电大学, 北京广厦网络技术股份公司