光通信定位系统概述

光通信定位系统概述

可见光无线通信又称“光保真技术”，简称Li-Fi。由英国爱丁堡大学电子通信学院移动通信系主席、德国物理学家Harald·Hass（哈拉尔德•哈斯)教授发明。光通信技术是基于发光二极管（LED）实现的。LED是半导体，相比传统的白炽灯它更安全，白炽灯启动需要很高的电压才能工作，且白炽灯是因白炽灯的灯丝为热辐射体，灯丝达到一定温度需要有一个时间。而LED灯它有一个特别好的敏锐的性能，亮度可以高速调节，回应时间短，是ns（纳秒）级别的回应时间，而普通灯具是ms（毫秒）级别的回应时间。
相比其他无线定位系统，Li-Fi的安全性更高。这是由于LED灯的传播介质是可见光。目前我们常用的无线通信工具，基本都是基于无线电波的，而无线具有穿透性，而且无线电波对电子设备可以可能产生影响，用于矿道也潜在危险性。LED发出的是可见光光波，相对无线电波射频而言，可见光系统对人体的影响较小，而且由于可见光的直线传播特性，并且穿透性弱，当光线照射在人的身上，后面的区域就会被挡通过这个特性，可以在矿道的两边设置一定间隔的LED灯，当两个灯照射到同一个人的身上时，两个灯被挡住光线就会形成一个焦点，而这个焦点就是人的位置，通过这个原理来实现对人的定位。
LED灯回应时间极短。Li-Fi实现数据传输的基本原理是利用光的明暗来编码消息的，使用高亮度发光二极管（LED），当LED亮了就表示1，灭了就表示0。只要在LED灯中增加一个微芯片，可以控制LED灯每秒数百次的闪烁，由于频率太快，人眼根本不会不会察觉到，但是光敏传感器可以接受到这些变化。就这样二进制数据就被快速的编码成光信号并进行传输。并且传输数据不是一个简单的数据流，可以同一时间并行传输几千数据流，使传输速度更快。
在光通信链路中光源散射产生的散粒噪声是影响光通信质量的只要因素。所以通过设计LED灯在矿道的位置及聚光罩的设计使接收器接受的散射和散粒噪声最小。如LED灯的位置应尽量是直射到接收器上，如果接收器设置在头顶上，那么LED灯应设计在矿道的左右上角，而聚光灯可以使出光角度在75°左右。
通过蓝光滤波器来提高传输速率。白色可见光信道是3dB带宽，约3MHz，不能满足高速传输要求。而通过在接收器端增加蓝光滤波器，可以过滤掉LED发光光谱中响应较慢的黄色光分量。这种蓝光滤波机制可以使信道3dB带宽扩展至18MHz，从而实现高速通信。
定位系统可见光通信采用MAC层协议。通过改变梯度较低的终端节点的优先级，达到增加节点竞争接入信道的成功率；增加最大退避次数，保证在各终点端节点在激烈的信道竞争中不丢失数据。使用OPNERT对改进后的MAC层协议可以很好的保证低梯度节点发送数据的成功率，能够适当地提高系统吞吐量，并且明显优于传统的CSMA/CA协议。