吳楠　楊愛英　馮立輝　忻向軍

摘要室內(nèi)定位由于在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中存在重要的應用價值而成為研究的熱點，傳統(tǒng)的WiFi、藍牙等無線定位技術(shù)由于電磁干擾和多徑效應等原因很難實現(xiàn)高精度的室內(nèi)定位.經(jīng)過調(diào)制的白光LED在滿足照明需求的同時能夠傳送位置信息，實現(xiàn)室內(nèi)的高精度定位.首先介紹了可見光定位系統(tǒng)中常用的幾種調(diào)制方式，對不同調(diào)制方式的特點做出比較，提出了一種適用于可見光定位的調(diào)制方式；然后，介紹并討論了可見光定位系統(tǒng)的兩種解調(diào)方法；之后介紹了幾種可見光定位的算法，并對每一種算法的性能進行詳細的分析；最后對于可見光定位中存在的問題進行了討論與展望.關鍵詞室內(nèi)定位；可見光；調(diào)制方式；定位算法

中圖分類號TN929

文獻標志碼A

0引言

隨著時代的發(fā)展，室內(nèi)定位逐漸成為一個熱門的問題.傳統(tǒng)的定位方法主要采用GPS實現(xiàn)定位.GPS目前已經(jīng)廣泛應用在室外定位導航中，并且有著不錯的定位精度.然而，由于多徑效應和信號穿過墻壁時強度的衰減等因素的影響，GPS在室內(nèi)定位中的精度和穩(wěn)定性十分不理想[1].為了解決室內(nèi)定位的需求，國內(nèi)外各機構(gòu)展開了大量的研究，力求尋找一種高精度、高穩(wěn)定性、低復雜度的安全有效的室內(nèi)定位方案.早在1992年AT&T劍橋?qū)嶒炇揖烷_發(fā)出了Active Badge定位系統(tǒng)，此系統(tǒng)是基于紅外線的定位方案[2].2000年微軟研究院提出了RADAR定位系統(tǒng)，此系統(tǒng)基于接收信號強度指示（Received Signal Strength Indication，RSSI）來進行室內(nèi)定位，它的硬件組成是基于80211協(xié)議的WLAN[2].同年MIT開發(fā)出了Cricket室內(nèi)定位系統(tǒng)，此系統(tǒng)是基于射頻+超聲波的TDOA定位系統(tǒng)[2].此外，最近幾年國內(nèi)外一些公司也開發(fā)出了許多種定位方案.蘋果公司于2013年發(fā)布了iBeacon室內(nèi)定位方案，采用藍牙通信的方法，向空間中預先布設的iBeacon設備發(fā)送信息，并且通過藍牙信號強度來估計設備與iBeacon的距離.國內(nèi)北京智慧圖科技有限公司開發(fā)出的Rtmap和專用的“尋鹿”app，采用WiFi和藍牙信號進行定位，可以達到3 m以內(nèi)的定位精度和2～3 s的刷新頻率；華策光通信科技有限公司開發(fā)的Ubeacon系統(tǒng)使用經(jīng)過調(diào)制的白光LED進行信號的發(fā)送，通過智能手機接收光信號進行解算實現(xiàn)定位，精度可達1 m；清研訊科（北京）科技有限公司開發(fā)的LocalSense定位系統(tǒng)采用無線脈沖技術(shù)，通過測量脈沖傳播的時間來實現(xiàn)定位，精度可以達到10 cm.

與室外定位相比，室內(nèi)定位環(huán)境較小，障礙物較多，因此室內(nèi)定位方案需要具有精度高、穩(wěn)定性強的特點.此外從大規(guī)模推廣的角度考慮還需要具有系統(tǒng)簡單、成本低、對人安全等特點.傳統(tǒng)的WiFi、藍牙等無線定位方案由于電磁波的信道衰減和多徑效應，以及大量無線終端的互相干擾等原因，很難實現(xiàn)較高的定位精度，理論上來說3～5 m已經(jīng)是無線定位精度的極限.激光、超寬帶無線脈沖等定位方案雖然可以將定位精度提高到分米級別，然而由于相關設備較為復雜，成本難以降低[3].從定位精度和系統(tǒng)成本兩方面來考慮，可見光定位是一種有效的定位方案.可見光定位基于可見光通信技術(shù)，采用白光LED作為發(fā)射端，在提供照明的同時向外發(fā)送經(jīng)過調(diào)制的光信號，從而實現(xiàn)信息的傳輸[45]，在接收端通過接收機對信號進行解調(diào)和計算，實現(xiàn)定位功能.相比于傳統(tǒng)無線通信，可見光頻率較高，可以有效地避免電磁波的相互干擾[6].可見光通信信道一般為LOS信道，多徑效應對信道的影響較小，因此可見光定位可以實現(xiàn)10 cm以內(nèi)的定位精度.LED是公認的下一代照明的綠色光源，基于LED的可見光定位采用白光LED發(fā)射信號，利用智能手機等終端進行接收，系統(tǒng)簡單、成本低廉，便于大規(guī)模推廣.

1可見光定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

典型的LED可見光定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

一個完整的可見光定位系統(tǒng)由驅(qū)動模塊、LED燈具、接收機等部分組成.系統(tǒng)的發(fā)射端是多個LED組成的陣列，在提供照明的同時向外發(fā)射光信息，光信號經(jīng)過空間信道傳播由接收機接收，通過定位算法解算出接收機的位置.系統(tǒng)的工作流程主要分3步：光信號調(diào)制、光信號接收、位置解算.光信號調(diào)制將位置信息經(jīng)過調(diào)制加載到每個LED上，使處于不同位置的LED攜帶不同的位置信息.光信號接收是指采用特定的接收機（CCD、PD等）對LED發(fā)出的信號進行接收，一般在接收到光信號時存在光電轉(zhuǎn)換過程，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號進行處理.最后對接收機接收到的信號進行定位算法處理，解算出接收機的位置坐標.可見光定位系統(tǒng)一般通過上述3個步驟實現(xiàn)定位，接下來本文將從信號調(diào)制、接收解調(diào)、定位算法3個方面出發(fā)，介紹可見光定位系統(tǒng)的關鍵技術(shù).

2可見光定位調(diào)制方法

可見光定位是基于LED可見光通信技術(shù)的室內(nèi)定位方法，IEEE 802157定義了可見光通信的標準，主要是對于可見光通信的調(diào)制方案和調(diào)光支持的研究[7].在定位系統(tǒng)中白光LED作為發(fā)射端，既要提供向外發(fā)送信息的功能，又要兼顧室內(nèi)的照明效果.IEEE 802157中也提出了可見光通信在實際應用中需要解決閃爍和調(diào)光兩個問題.由于閃爍會導致人眼受到損傷，LED在調(diào)制時一般需要注意閃爍頻率的問題.目前并沒有關于閃爍頻率的統(tǒng)一標準，一般認為超過200 Hz的頻率是對人體無害的.此外，為了高效利用能源，滿足不同場景的照明需求，可見光通信要求LED光源具備調(diào)光功能，在任意光強等級使系統(tǒng)都能維持正常通信.下面將介紹幾種不同的調(diào)制方案及其各自的特點.

21OOK調(diào)制

通斷鍵控（OnOff Keying，OOK）又名二進制振幅鍵控（2ASK），通過單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關閉.在可見光通信中，通過控制發(fā)射端LED的開和關來表示“1”和“0”兩種狀態(tài).需要指出的是，這里的開和關并非表示嚴格意義上的燈具的亮或滅，而是表示LED亮度的兩種不同的狀態(tài)[8].OOK調(diào)制在無線通信領域已有廣泛的應用.作為一種較為簡單的調(diào)制方式，OOK具有系統(tǒng)簡單、易于實現(xiàn)等優(yōu)點.

LED產(chǎn)生白光的途徑主要分為兩類.一種是利用藍光LED芯片激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光，另一種是利用RGB（Red、Green、Blue）三色混合產(chǎn)生白光.RGB三色LED成本較高，目前市場上的LED燈具主要采用藍光LED芯片激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光的方案.由于黃色熒光粉存在一定的響應時間，所以會導致這種LED用作光通信時速率受到限制.文獻[9]利用NRZOOK編碼的LED可見光通信速率是10 Mbps.近年來，利用藍光濾光片和雪崩二極管接收等方法可以將OOK調(diào)制的通信速率提高到230 Mbps.相比之下RGB三色LED利用NRZOOK調(diào)制的通信速率則可以達到470 Mbps.

OOK系統(tǒng)簡單，對于可見光定位系統(tǒng)來說實現(xiàn)較為容易，但是在抗噪性方面存在不足.

22PPM調(diào)制

脈沖位置調(diào)制（Pulse Position Modulation，PPM）通過編碼產(chǎn)生脈沖信號，對可見光通信中的信號進行調(diào)制.PPM調(diào)制將一個信號持續(xù)時間分成N個相同的時隙，通過脈沖信號在時隙的位置來表示不同的信息.時隙數(shù)N和信號位數(shù)n存在N=2n的關系，對于一組二進制信號m1，m2，…，mn，信號在時隙中的位置為K=20×m1+2×m2+…+2n-1×mn.例如，對于4PPM調(diào)制系統(tǒng)，圖2中的4個脈沖就分別表示“00”、“01”、“10”、“11”4個不同的信號.

相比OOK調(diào)制，PPM調(diào)制系統(tǒng)的收發(fā)機較為復雜，在接收端需要對時隙和碼元進行同步.此外，PPM調(diào)制存在系統(tǒng)頻譜效率低的缺點.由于每個時隙中僅有一個脈沖，因此當n很大時信號的占空比很低，這就導致整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率較低.

為了克服PPM系統(tǒng)存在的缺點，人們提出了許多改進的方案.文獻[10]提出差分脈沖位置調(diào)制（Differential Pulse Position Modulation，DPPM）.DPPM與PPM相似，只是把PPM一個脈沖結(jié)束后多余的時隙刪除，使下一個時隙緊跟在上一個脈沖信號結(jié)束之后.DPPM相比PPM帶寬效率較高，由于每個調(diào)制波形均以脈沖結(jié)束，因此DPPM收發(fā)機也較為簡單.除此之外，還有子載波脈沖位置調(diào)制（SubCarrier Pulse Position Modulation，SCPPM）、變脈沖位置調(diào)制（Variable Pulse Position Modulation，VPPM）等調(diào)制方案，分別在抗干擾和調(diào)光方面對于PPM調(diào)制進行了改進和提升.

23OFDM調(diào)制

正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）是一種新型的高效編碼技術(shù).OFDM基于FFT和IFFT算法，將高速串行數(shù)據(jù)變換成多路并行子數(shù)據(jù)流，在正交子信道上傳輸[11].隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，采用DSP作為系統(tǒng)收發(fā)機可以快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào).OFDM具有帶寬效率高、抗多徑干擾能力強的優(yōu)點.

OFDM的發(fā)送和接收流程如圖3所示.

OFDM調(diào)制在發(fā)射端經(jīng)過QAM映射、串并轉(zhuǎn)換、預均衡、快速傅里葉變換（IDFT）、加循環(huán)前綴和并串轉(zhuǎn)換的過程.串并轉(zhuǎn)換將單路串行信號轉(zhuǎn)換成多路的并行信號，并且進入每個支路單獨進行調(diào)制.進入子信道的數(shù)據(jù)流經(jīng)過快速傅里葉變換變成各子信道子載波的集合.由于信號的多徑效應帶來的碼間串擾，在接收端各子載波之間不再保持良好的正交狀態(tài)，所以需要在發(fā)射端快速傅里葉變換之后加入保護間隔.為了使信號工作在LED工作區(qū)，需要將產(chǎn)生的OFDM信號經(jīng)過功率放大器放大，再通過偏置樹，這樣發(fā)射端的流程就已經(jīng)完成.在接收端通過光電二極管（PD）接收到LED的光信號，經(jīng)過和發(fā)射端相反的過程完成解調(diào)，還原出原始信號.

盡管OFDM調(diào)制具有頻譜利用率高、抗多徑干擾強的特點，但是在可見光通信中還是存在不足.由于LED的電流和發(fā)光強度之間是非線性的關系，使得采用OFDM調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)的峰值平均功率比（PeaktoAverage Power Ratio，PAPR）較高，這會導致LED光源在數(shù)據(jù)傳輸過程中發(fā)生閃爍，影響照明效果和LED壽命[12].此外，OFDM系統(tǒng)的特性要求在發(fā)射端每個LED都需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），在接收端需要配置數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），這不僅會增加整個定位系統(tǒng)的成本，而且會導致系統(tǒng)復雜度增加，不利于推廣應用.

24FSK調(diào)制

頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）通過對信號的頻率進行調(diào)制，利用不同頻率代表不同的信息.FSK調(diào)制的流程如圖4所示.

在FSK調(diào)制系統(tǒng)中，兩獨立的振蕩器根據(jù)數(shù)據(jù)的比特流產(chǎn)生兩種頻率不同的信號.fH和fL分別代表數(shù)據(jù)流中的“0”和“1”.由于信號是根據(jù)數(shù)據(jù)流中的“0”、“1”信號在兩振蕩器中切換，所以該方法產(chǎn)生的信號是非連續(xù)的.產(chǎn)生連續(xù)FSK信號的方法是首先產(chǎn)生FSK基帶信號，然后利用基帶信號對單一載波振蕩器進行頻率調(diào)制.

FSK系統(tǒng)具有實現(xiàn)容易、抗噪聲和抗衰減性能較好的優(yōu)點，在傳輸速率要求不高的中低速通信領域得到了廣泛的應用.

25調(diào)制方式總結(jié)

上文介紹了幾種可見光通信中常用的通信方式，并且比較了各種調(diào)制方式的特點.可見光通信的目的是實現(xiàn)信息的高速有效傳遞，所以需要一種速率高、抗干擾強的調(diào)制方式.可見光定位與通信則有所不同.由于在可見光定位系統(tǒng)中，每個LED作為信號的發(fā)射端向外發(fā)送的只有各自的位置信息，相比于一般的通信系統(tǒng)傳送的信息量要少很多，所以可見光定位系統(tǒng)對于信息的傳輸速率并沒有太高的要求，一般在幾十kbps即可滿足要求.相比之下可見光系統(tǒng)更加看重調(diào)制方式的抗干擾能力以及整體的復雜程度等方面的特性.所以綜合上述幾種調(diào)制方式的特點，F(xiàn)SK調(diào)制由于復雜度較低、實現(xiàn)簡單以及較好的抗干擾能力成為可見光定位系統(tǒng)的理想調(diào)整方案（表1）.

3可見光定位接收方法

目前可見光定位系統(tǒng)的接收方式主要分為兩種，一種是利用圖像傳感器進行成像的接收，另一種是利用光電二極管等設備進行非成像的接收.

31成像接收

圖像傳感器可以用來接收光信號，利用圖像傳感器接收光信號有多種方法.文獻[13]利用圖像傳感器加透鏡的方法對LED陣列成像，并通過距離的幾何關系計算目標位置.此外，目前廣泛應用的智能手機的攝像頭就是一個典型的圖像傳感設備.手機攝像頭的集成電路上存在陣列排布的光電探測器，利用手機的攝像頭接收光信號，可以將智能手機轉(zhuǎn)換成一個可見光定位的終端設備，且無需外加其他模塊，方便使用和推廣.

采用手機攝像頭的圖像傳感器接收方案雖然具有使用方便的優(yōu)點，但是光電傳感器數(shù)量過多會減少相機拍攝時每秒的幀數(shù)（framespersecond，fps），一般智能手機每秒最大為40幀，這會極大地限制信息傳輸?shù)乃俾?手機攝像頭在拍攝過程中存在卷簾快門（Rolling Shutter）效應.由于相機傳感器上存在大量的光電探測器，因此相機在拍攝過程中并不是一次完成全部像素點的掃描，而是逐行進行掃描，這就是相機的Rolling Shutter效應.利用相機的Rolling Shutter效應可以提高信息的傳輸速率.如圖5所示，對于FSK系統(tǒng)，假設LED在發(fā)送信號時不斷在亮暗狀態(tài)之間切換，當LED處于“亮”的狀態(tài)時，圖像傳感器會接收

到一行亮紋（圖5a），當LED處于“暗”的狀態(tài)時，圖像傳感器會接收

到一行暗的條紋（圖5b），重復以上過程，最后圖像傳感器接收到的是明暗相間條紋的LED燈的像（圖5c）.根據(jù)接收到圖像上的條紋間距可以解算出LED發(fā)送端發(fā)送的光信息.

32非成像接收

在光信號的非成像接收

中，采用光電二極管是一種典型的接收光信號的方法.光電二極管是由PN結(jié)組成的半導體器件，可以將接收

的光信號轉(zhuǎn)換成電流信號.由于光電二極管的存在，這種接收方案需要獨立的模塊，在模塊中完成光電信號的轉(zhuǎn)換.圖6是北京萊博思光電科技有限公司研發(fā)的光信號接收模塊，信號可以由光電二極管接收通過音頻接口傳入手機做后續(xù)的計算處理（圖6a），或者在有計算功能的獨立模塊中完成定位解算（圖6b），然后通過藍牙等方法向外發(fā)送解算后的位置信息.

4可見光定位算法分析

目前可見光定位算法主要分為成像定位和非成像定位兩大類.成像定位算法利用圖像傳感器接收多個LED燈發(fā)射出的信號，然后解算出位置信息.非成像定位算法包括ID法、場景分析法、三角測量法等，其中三角測量法是應用比較廣泛的定位算法.三角測量法通過對距離或者角度的測量來實現(xiàn)定位計算，包括測量到達角度（AOA）、到達時間（TOA）、到達時間差（TDOA）、信號強度（RSS）.可見光定位算法分類如圖7所示.

41成像定位算法

文獻[13]提出的成像定位算法，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8所示.該系統(tǒng)采用三個坐標已知的LED作為發(fā)射端，LED發(fā)射的光線經(jīng)過成像透鏡，在接收端分別被圖像傳感器接收，并且解算出各自的三維位置坐標.

按照上述步驟即可求出待測點坐標.成像定位算法精度和傳感器分辨率有關，一般具有較高的定位精度.

42非成像定位算法

可見光定位中非成像定位算法主要包括較為簡單的ID定位法、通過分析對比光強信息的場景分析法以及通過計算距離的三角測量法，其中三角測量法通過測量角度、時間、光強等參數(shù)來計算位置.

421ID法

在LEDID定位法中，控制終端將位置信息通過編碼調(diào)制加載到LED燈具上，使每個LED燈具攜帶各自獨有的位置信息.LED將信息以光信號的形式發(fā)射出去，在接收端通過接收機接收，通過對光信號的識別判斷接收的ID信息來實現(xiàn)定位，具體如圖10所示.

ID定位法系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用簡單編碼調(diào)制方式即可實現(xiàn).由于該算法定位時僅憑借單個LED的信號實現(xiàn)判決，所以定位精度理論上為兩個LED間距的一半.

422場景分析法

場景分析法通過將接收機接收到的光強信息與已知的光強分布做對比，尋找出光強特征相似的點作為接收機的坐標.場景分析法實現(xiàn)定位主要分為兩步：指紋庫的建立和實時定位.建立指紋庫一般是對場景做網(wǎng)格狀劃分，測量各點的光強信息并記錄在指紋庫中.實時定位階段則是將接收機接收到的光強信號與指紋庫中的各點做對比，從而找出相似的點作為定位坐標.

由于場景分析法并不是基于距離的測量和計算實現(xiàn)定位，所以該方法并不受信道的多徑反射等干擾的影響，并且可以實現(xiàn)3D定位.場景分析法的定位精度主要取決于指紋庫建立時的網(wǎng)格劃分精度，理論精度為網(wǎng)格兩點之間間距的一半.然而，由于場景分析法需要預先建立指紋庫，所以該方法的可移植性和靈活性較差.此外，當場景面積較大時，指紋庫的建立工作量十分巨大，所以尋找一種合理的簡化指紋庫的建立方法是該方法未來需要解決的問題.

423三角測量法

AOA法通過測量多個LED燈到達接收機的角度來實現(xiàn)定位，其原理如圖11所示.

圖11展示的是AOA定位系統(tǒng)在二維平面內(nèi)的示意.LED發(fā)射端的位置坐標（xi，yi）已知，在接收端檢測到LED燈具的到達角度αi，則可確定接收機的位置在從點（xi，yi）出發(fā)水平角為αi的延長線上.通過綜合場景內(nèi)多個LED發(fā)射的光信息，并結(jié)合最小二乘法即可估計出接收機的位置.AOA定位方法精度較高，但是角度的測量是該定位法需要解決的重要問題，一般系統(tǒng)的接收機需要配置角度傳感器[14].

TOA定位系統(tǒng)通過測量信號從LED發(fā)射端發(fā)射到接收機接收所用的時間（ti）來計算接收機與LED燈具的距離（Ri），Ri=c×ti，其中c為光速.要實現(xiàn)對于接收機的定位，至少需要接收到三個LED發(fā)射出的信號.系統(tǒng)原理如圖12所示.

TOA系統(tǒng)需要所有發(fā)射機和接收機時鐘同步才能測量出正確的到達時間，所以系統(tǒng)的定位精度和時鐘同步率有關.一般來說要實現(xiàn)厘米級的定位精度需要各發(fā)射機之間的時間同步到1 ns以內(nèi).所以，TOA定位理論上可以達到較高的定位精度，但是相應的成本也比較高.

與TOA定位不同，TDOA通過測量信號從不同的發(fā)射端到達接收端的時間差來實現(xiàn)定位[15].TDOA通過測量一組到達時間差來確定一條雙曲線，通過三條雙曲線的交點來確定接收機的位置，所以該方法同樣至少需要三個LED發(fā)射端.TDOA測量的是信號的到達時間差，所以不需要發(fā)射端和接收端保持時間同步，僅需要發(fā)射端之間時間同步即可[16].

RSS定位算法通過對光強的檢測來計算距離，從而實現(xiàn)定位.對于基于LED可見光通信的定位系統(tǒng)，我們主要考慮下行的直射鏈路的信道，信道增益系數(shù)的數(shù)學表達式為

其中i表示定位時接收到發(fā)射機信號的數(shù)量，一般i等于3或4，此時該方程組為超定方程組，可以采用最大似然估計的方法計算出接收機的坐標.

RSS定位法的精度和光強分布有關，建立合理的信道模型可以大幅提高定位精度.此外，可以通過在發(fā)射端和接收端設計合理的光學天線來獲得較為良好的光強分布.由于智能手機等移動端本身具有一定的光強度檢測的硬件基礎，集成光電二極管的檢測設備也可以做到低成本、小型化，所以RSS定位法是三角測量法中最容易實現(xiàn)的定位方案.

43定位方法總結(jié)

對于上述幾種LED室內(nèi)可見光定位算法的性能及特點進行比較，結(jié)果如表2所示.

成像定位算法利用圖像傳感器對LED的距離進行估算，進而實現(xiàn)定位.該方法的定位精度與系統(tǒng)各部分的分辨率有關，一般具有較高的定位精度.由于智能手機的普及，利用手機攝像頭作為圖像傳感器接收并處理信號可以有效降低系統(tǒng)成本和復雜度.因此該方案具有較高的研究價值和應用前景.

在非成像定位算法中，ID定位法利用每個LED發(fā)出的標簽信號來實現(xiàn)定位.該方法具有系統(tǒng)簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點.然而ID法的定位精度取決于燈具布設的密度，因此一般定位精度較低，并且抗干擾能力較差.場景分析法利用采集到的光信號與指紋庫對比實現(xiàn)定位，定位速度較快，且不存在距離計算過程，功耗需求低.然而場景分析法定位需要事先建立指紋庫，對于不同場景的可移植性較差.此外，由于LED光通量存在衰減，隨著時間的推移指紋庫的數(shù)據(jù)會逐漸失效，影響定位效果.

三角測量法是定位算法中的傳統(tǒng)算法.在三角測量法中，AOA算法通過角度測量來計算方位，具有較高的精度.然而由于AOA算法需要特定的角度傳感器，所以不便于和現(xiàn)有的智能設備結(jié)合并推廣.TOA和TDOA定位算法通過對到達時間或者時間差的測量來計算距離，雖然TDOA算法不需要發(fā)送端和接收端時鐘同步，但是這兩種算法都需要發(fā)送端各LED之間實現(xiàn)同步.在室內(nèi)環(huán)境面積較大、LED數(shù)量很多的情況下各發(fā)射端之間同步是很難實現(xiàn)的，因此這兩種方法都不便于大規(guī)模的推廣和應用.RSS從LED的下行鏈路的信道模型出發(fā)，建立光照和距離之間的關系，通過測量光強來計算距離，目前已經(jīng)實現(xiàn)了10 cm以內(nèi)的定位精度.綜上所述，RSS定位算法精度較高，且系統(tǒng)簡單，易于實現(xiàn)，是可見光定位算法中性價較高的一種定位算法.

5總結(jié)與展望

本文對可見光定位系統(tǒng)的調(diào)制、接收方案以及定位算法做了介紹與比較，在所有調(diào)制和算法方案中，綜合定位效果和系統(tǒng)成本考慮，重點提出了采用FSK調(diào)制、RSS算法的定位方案.相比于其他定位方案，該系統(tǒng)具有較高的定位精度和抗干擾能力，并且結(jié)構(gòu)簡單、容易實現(xiàn)、成本低廉，具有較高的推廣價值.

該系統(tǒng)后續(xù)主要需要解決如下幾個技術(shù)問題：1）對于NLOS信道采用適當?shù)牡惴ń鉀QRSS算法中常見的由于墻壁反射等多徑效應帶來的精度下降的問題；2）對于LOS信道需要解決環(huán)境光（如太陽光）造成的噪聲干擾；3）開發(fā)可見光定位與慣性導航定位結(jié)合的組合定位算法，解決由于光信號被遮擋造成的可見光定位無法工作的問題；4）通過對定位系統(tǒng)發(fā)送端和接收端光學天線的設計，提高定位系統(tǒng)整體的精度和穩(wěn)定性.

可見光定位具有精度高、無電磁輻射、成本低等優(yōu)點，在倉儲定位、地下礦井定位等工業(yè)生產(chǎn)場景以及商場、地下停車場、醫(yī)院等日常生活領域具有極高的應用前景.伴隨著LED的大規(guī)模推廣與應用，相信可見光定位必將成為未來室內(nèi)定位的主流方案.

參考文獻

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AbstractVarious indoor positioning techniques have been developed and widely applied in both manufacturing processes and peoples lives.Due to the electromagnetic interference and multipath effects，traditional WiFi，Bluetooth and other wireless locating technologies are difficult to achieve high accuracy.Modulated white LED can provide both illumination and location information to achieve highly accurate indoor positioning.In this paper，we first introduce several modulation methods of visible light positioning systems and compare the characteristics of different modulation methods.Then，we propose a viable indoor positioning scheme based on visible light communications and discuss two different demodulation methods.In the following，we introduce several positioning algorithms used in visible light communication system.Finally，the problems and prospects of the visible light communication based indoor positioning are discussed.

Key wordsindoor positioning；visible light；modulation format；positioning algorithms