LED可不光能照明 五大细分市场也值得一看

　　除了照明优势外，LED还具备响应时间短和高速调制等特性。白光LED高速调制所引起的光闪烁不容易被人眼察觉，可以在照明同时提供数据通信的功能。这种在380~780nm可见光谱段进行数据通信的技术简称为可见光通信（VLC）技术。VLC在中、短距离安全保密通信、高精度准确定位、交通运输通信和室内导航等领域具有很大潜力，尤其是可以替代射频（RF）解决"最后1m"的问题。

　　和无线电波相比，可见光通信有很多优势：1）信息量在以摩尔法则发展，无线电频谱很多频段已被占用，VLC利用的是高于3THz且尚属于空白频谱的可见光频谱，不受使用许可证限制；2）可见光不能穿透建筑墙，相互邻近封闭单元中VLC信号不会相互干扰，安全性高，保密性好；3）可见光收发器件设备简单，价格低廉；4）可见光波长属于亚微米级，在准确方向定位上具有明显优势；5）VLC能够替代无线电在某些电磁干扰敏感的特定场合（如飞机、医院、核电站或者石油钻探等）中的应用。

　　1、室内定位

　　室内定位系统采用的RF、蓝牙以及超声等方式存在系统稳定性不高、响应时间长、电磁干扰大、精度和准确度较低等问题。VLC不受电磁干扰，可以通过室内固定光源实现快速准确定位和导航。未来的大商场、地下购物中心等地方可以通过基于VLC的智能行人自动支持系统的目标定位和引导，减少由于顾客找不到商品具体位置而带来的损失。类似的应用可拓展到机场、博物馆以及其他数字定位广播场合。VLC室内定位系统根据需求不同，其定位精度也不同。对于室内行人或者智障者导航类的定位，中等精度即可。但对于机器人等定位精度要求会更高。

　　（1）室内行人导航

　　帮助视觉障碍者识别位置的室内导航系统，如下图所示，LED安装在天花板上，带有地磁传感器的智能手机挂在使用者脖子上，智能手机和耳机相连。手机通过可见光通信接收LED传来的ID信息，获取光源方向及定位信息；路径优化后并将结果传送到耳机引导行人。测试结果表明在1~2m范围内测试者能够准确定位和导航，并能在-59°~66°的范围内实现方向矫正。

　　结合墙上标牌面板LED光源开发的VLC定位导航系统：该系统设计了滤波器以减少背景光的干扰。通过VLC，使用者手机接收标牌面板LED传来的导航信息。导航信息包括标牌面板位置信息以及视觉障碍者达到可下载的数据信息的最佳光强点。在该系统中导航信号的数据传输速率为62.5kb/s，而数据信息传输速率为1Mb/s。测试中，视觉障碍者可通过耳机接收约5m远处标牌面板上LED光传来的导航信号，当走到距离标牌面板约1m远时，由于光强度足够，所以视觉障碍者接收器能自动进行文本信息下载和存储。

　　（2）室内准确定位

　　在机器人及无人机（UVA）控制系统等很多应用中都需要精确定位。如何在保证系统复杂度不高的前提下获得高的定位精度是人们研究的热点。获取目标位置方法有很多，如测量信号到达角度（AOA）、到达时间（TOA）、到达时差（TDoA）以及接收到信号强度（RSS）等。有一种无需同步的基于RRS室内定位系统。测试结果表明在5.9cm内以95%的准确率实现精确定位。还有一种基于接收到信号强度/时分复用模式（RSS/TDM）的比特填充法的室内定位系统。比特填充法可不受各种光信号干扰实现瞬时信号强度的测量。在该系统中16个相互间距为40cm的LED灯组成正方形阵列固定在天花板上，VLC接收器安装在距离天花板170cm的机器人上。测试结果表明机器人在低于3cm的误差内，成功实现了5个目标点规划路径的自主导航。

　　图像传感器除了可同时实现图像捕获和数据接收之外，由于外界干扰光源聚焦像素和VLC理想信号聚焦像素有所区别，所以比光电二极管作为接收器具有更好的抗干扰能力。图像传感器在VLC中进行准确定位的应用越来越受到人们重视。无线个人区域网（WPAN）的IEEE标准化组织P802.15工作组已经在考虑如何将定位融入到相机通信标准中。

　　关于图像传感器几种应用研究。下图（a）显示屏上显示了接收端对图像及位置信息的同时获取。（b）是图像传感器在机器人上的应用。两个固定在机器人上的图像传感器通过LED发送的信息检测机器人位置。其中一个图像传感器捕获入射光方向，另外一个图像传感器连续捕获高速帧图像并解析可见光传来的数据。测试结果显示机器人能够在厘米范围内实现精确定位。（c）是利用图像捕获和可见光通信来实现50m远外水箱准确定位，定位精度达到毫米级。

　　2、智能交通系统（ITS）的信息传输

智能交通系统（ITS）通过及时获取并传输有关交通状况等方面的信息来减少交通事故、交通堵塞以及燃油消耗。图