(2)室內(nèi)準(zhǔn)確定位

　　在機(jī)器人及無人機(jī)(UVA)控制系統(tǒng)等很多應(yīng)用中都需要精確定位。如何在保證系統(tǒng)復(fù)雜度不高的前提下獲得高的定位精度是人們研究的熱點(diǎn)。獲取目標(biāo)位置方法有很多，如測量信號(hào)到達(dá)角度(AOA)、到達(dá)時(shí)間(TOA)、到達(dá)時(shí)差(TDoA)以及接收到信號(hào)強(qiáng)度(RSS)等。有一種無需同步的基于RRS室內(nèi)定位系統(tǒng)。測試結(jié)果表明在5.9cm內(nèi)以95%的準(zhǔn)確率實(shí)現(xiàn)精確定位。還有一種基于接收到信號(hào)強(qiáng)度/時(shí)分復(fù)用模式(RSS/TDM)的比特填充法的室內(nèi)定位系統(tǒng)。比特填充法可不受各種光信號(hào)干擾實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)信號(hào)強(qiáng)度的測量。在該系統(tǒng)中16個(gè)相互間距為40cm的LED燈組成正方形陣列固定在天花板上，VLC接收器安裝在距離天花板170cm的機(jī)器人上。測試結(jié)果表明機(jī)器人在低于3cm的誤差內(nèi)，成功實(shí)現(xiàn)了5個(gè)目標(biāo)點(diǎn)規(guī)劃路徑的自主導(dǎo)航。

　　圖像傳感器除了可同時(shí)實(shí)現(xiàn)圖像捕獲和數(shù)據(jù)接收之外，由于外界干擾光源聚焦像素和VLC理想信號(hào)聚焦像素有所區(qū)別，所以比光電二極管作為接收器具有更好的抗干擾能力。圖像傳感器在VLC中進(jìn)行準(zhǔn)確定位的應(yīng)用越來越受到人們重視。無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(WPAN)的IEEE標(biāo)準(zhǔn)化組織P802.15工作組已經(jīng)在考慮如何將定位融入到相機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)中。

　　關(guān)于圖像傳感器幾種應(yīng)用研究。下圖(a)顯示屏上顯示了接收端對(duì)圖像及位置信息的同時(shí)獲取。(b)是圖像傳感器在機(jī)器人上的應(yīng)用。兩個(gè)固定在機(jī)器人上的圖像傳感器通過LED發(fā)送的信息檢測機(jī)器人位置。其中一個(gè)圖像傳感器捕獲入射光方向，另外一個(gè)圖像傳感器連續(xù)捕獲高速幀圖像并解析可見光傳來的數(shù)據(jù)。測試結(jié)果顯示機(jī)器人能夠在厘米范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精確定位。(c)是利用圖像捕獲和可見光通信來實(shí)現(xiàn)50m遠(yuǎn)外水箱準(zhǔn)確定位，定位精度達(dá)到毫米級(jí)。

　　智能交通系統(tǒng)(ITS)通過及時(shí)獲取并傳輸有關(guān)交通狀況等方面的信息來減少交通事故、交通堵塞以及燃油消耗。圖像處理可用來幫助駕駛員進(jìn)行交通燈識(shí)別、障礙物檢測、車輛和車輛以及車輛和道路設(shè)施之間信息的捕獲，是ITS的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。高速數(shù)據(jù)圖像傳感器結(jié)合VLC在ITS上具有廣闊應(yīng)用前景。文獻(xiàn)記錄了運(yùn)用LED光以及安裝在汽車上的具有1000frame/s幀速和1024pixel×1024pixel分辨力的攝像機(jī)進(jìn)行路邊裝置與車輛之間的通信。實(shí)車測試驗(yàn)證了該系統(tǒng)能在車輛以30km/h的速度下，在35m范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)來自256個(gè)LEDs陣列組成光源傳輸來的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確接收。

　　目前，在VLC中運(yùn)用高速圖像傳感器存在一些技術(shù)問題需要解決：如安裝設(shè)施價(jià)格昂貴，需要復(fù)雜的實(shí)時(shí)圖像處理技術(shù)，攝像機(jī)幀速率低于發(fā)光二極管的反應(yīng)速度從而限制了通信速度等。文獻(xiàn)報(bào)道了最新研發(fā)的光通信圖像傳感器(OCI)在無線光通信(OWC)系統(tǒng)中的應(yīng)用。運(yùn)用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感技術(shù)最新開發(fā)的OCI具有兩個(gè)特點(diǎn)：用于高速信號(hào)接收的通信像素(CPx)以及用于快速和精確LED檢測的1bit標(biāo)志圖像輸出功能。該OWC系統(tǒng)被譽(yù)為當(dāng)前世界上第一個(gè)僅有16.6ms延遲、20Mb/s傳輸速率的像素傳輸通信系統(tǒng)。

　　3、VLC高速數(shù)據(jù)傳輸

　　大數(shù)據(jù)量如高清(HD)視頻流傳輸、高速信息流下載及高速數(shù)據(jù)備份等信息獲取成為當(dāng)代生活中不可或缺的部分。可見光可以運(yùn)用發(fā)散角度很小的光柱進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而其路徑傳輸損耗較低的特點(diǎn)使高速帶寬

　　的安全數(shù)據(jù)流下載和傳輸成為可能。如下圖所示，歐洲OMEGA工程開發(fā)了一種具有100Mb/s的4個(gè)高清數(shù)據(jù)流的VLC數(shù)據(jù)傳輸。運(yùn)用正交頻分多路復(fù)用(OFDM)技術(shù)，通過16個(gè)LED光源向10m2面積范圍內(nèi)的光電二極管探測器上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

　　通過在VLC接收器和發(fā)送器之間增添聚焦透鏡來實(shí)現(xiàn)5m×5m×3m室內(nèi)視頻和音頻高質(zhì)量廣播傳輸?shù)难菔鞠到y(tǒng)：和視距(LOS)鏈路相比，Nd-LOS鏈路具有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)性好、跟蹤性強(qiáng)等特點(diǎn)，但其鏈路損耗導(dǎo)致傳輸速率不高。針對(duì)這一問題開展研究，實(shí)現(xiàn)了在2m范圍、400Mb/s傳輸速率以及誤碼率RBE<10-8的典型室內(nèi)雙向光無線通信系統(tǒng)研究(可見光LED作為下行鏈發(fā)送光源，IR是上行鏈路數(shù)據(jù)發(fā)送光源)。RGBLEDs采用波分多路復(fù)用技術(shù)(WDM)可以獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。文獻(xiàn)記錄了第一個(gè)基于波分復(fù)用/離散多音調(diào)(WDM/DMT)調(diào)制技術(shù)的VLC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)白光RGB-LED進(jìn)行調(diào)制并獲得803Mb/s速率的數(shù)據(jù)通信。