基于可見光通信的車聯網系統研究進展

莫秋燕 吳家隱 歐滿琳 楊永亮

【摘 要】可見光通信是基于無線通信技術，既能通信又能照明的一種通信方式。由于可見光無電磁輻射，不傷害人體，發射功率高等優點，可見光通信成了近年來研究的熱點。可見光通信的應用場景很多，其中包括智能交通系統，車聯網通信系統是智能交通系統中的關鍵部分。本論文綜述了可見光通信技術概述，可見光通信車聯網系統原理分析，以及可見光通信車聯網系統關鍵技術。

【關鍵詞】可見光通信；車聯網；系統

一、可見光通信技術概述

可見光通信（Visual Light Communication，VLC）是基于白色發光二極管LED環保照明光源的一種新興的無線通信技術，照明和通信二者兼顧，除此之外，還具有對人體無害、發射功率無限制等優勢，可見光通信具有廣闊的應用場景，是近年來研究的熱點。

（一）可見光通信原理

由于LED器件具有易調制、切換速度快等特點，可見光通信技術是在發送端利用LED器件調制，利用改變LED發光光源的發光強度，將要傳輸的電信號加載到光載波上，發射到空氣中繼續傳輸，接收端利用光電檢測器件將光載波信號轉換為電信號，最后經過解調器將電信號恢復出最原始的數據。

（二）可見光通信技術的特點

與射頻無線通信相比，因為射頻發射出的頻率很高，有輻射，對人體有害，且在一些特定醫院、飛機等應用場景是無法使用射頻通信的。可見光通信沒有射頻無線通信的高頻輻射，不會傷害人體，且只要有光就能通信，應用場景不受限制。與紅外無線通信相比，紅外線發射對人眼有害，紅外線發射功率有限，發射距離短，傳輸速率低。所以與其他無線通信相比，可見光通信具有以下特點：（1）可見光通信無電磁輻射；（2）可見光通信經調制后發射功率高；（3）只要有光就可以進行通信，不存在通信盲區，應用場景廣泛；（4）不需要無線電頻譜認證。故可見光通信技術具有很大的發展前景，受到了廣泛的關注和大量的研究[1-4]。

二、可見光通信車聯網系統原理分析

可見光通信具有廣泛的應用場景，其中應用在智能交通系統是研究的熱點之一，車聯網通信系統是智能交通系統中的關鍵部分，下面分析可見光通信車聯網系統的原理。

（一）基于可見光通信的貨車系統

設置單片機作為控制器，與車燈相連接，設計可見光通信電路模塊，使單片機能夠將傳感器所采集到的數據調制成可見光驅動電路信號，再通過可見光驅動電路驅動車燈，發出攜帶有傳感器數據、車牌號的可見光信號。在傳感器組中設計有可以獲得車輛數據的傳感器，傳感器與單片機相連接，傳感器所采集的數據被單片機所采集。

（二）基于可見光通信的檢測系統

設置有可見光通信接收天線，可以接收來自于車輛的可見光信號，并將該可見光信號轉化成電信號并解調制，從而得到該車輛的數據及車牌號。查詢該車牌號對應車輛的信息，將該信息與車輛的信息相對比，如果車輛的信息與該信息不符，則發出告警信息。例如可用重量傳感器采集貨車的重量，如果貨車的重量大于荷載，則發出告警信息。此外，將貨車的重量與下一路段的路面承載重量對比，如果貨車的重量大于路面承載重量，也發出告警信息。通過可見光通信信號傳輸貨車重量信息，檢測成本低，可以在多個路口、橋梁使用，甚至不需要執法人員在現場，實現全天候的檢測。貨車也不需要停下，不影響道路交通。

三、可見光通信車聯網系統關鍵技術

（一）信號源定位及追蹤

為了獲得經LED燈調制后信號，接收端采用高速攝像機拍攝圖像，以圖像的形式接收。在不影響道路交通的前提下，車輛在移動，若需要拍攝連續圖像，信號源的定位于追蹤方法是關鍵。

（二）長距離傳輸

為了保證交通道路的順暢，車輛一直在移動，故信號源和接收端都在不斷地相對運動，使接收端對信號源的跟蹤和定位較困難，容易出現數據丟包、無線信道變化等問題，使系統欲實現長距離傳輸存在一定的問題。

四、小結

由于可見光通信是無線通信，容易受到干擾，再有車輛信息安全，信號源的定位和跟蹤技術，長距離傳輸等是可見光通信車聯網系統需解決的關鍵問題。隨著智能設備，傳感技術、可見光通信技術的發展，各種技術相互配合，組成智能的交通體系，給人類的生活帶來更多便利，相信可見光通信車聯網系統將逐步得到廣泛的應用。

【參考文獻】

[1]Nakamura S. Present perfo rmance o f InGaN ba sedblue /g reen /yellow LEDs[ J] . Pro c. SPIE， 1997 ：26-35.

[2]Tanaka Y ， Komine T， H aruyama S ， e t a l. I ndoo r visible communicatio n utilizing plural w hite LEDs a s lighting [ A] . 12th IEEE Inte rnational Sympo sium o n Pe rsonal，

Indoo r and Mo bile Radio Communica tions[ C] . 2001.81-85.

[3]Douseki T. A ba tte ry less o ptical-wireless system with white-LED illumination[ A] . 15th IEEE Internatio nal Sympo sium o n Pe rsonal， I ndoo r and Mobile Radio Communicatio ns[ C] . 2004. 2 529-2 533.

[4]Hiraku Okada，Takuya Ishizaki，Takaya Yamazato，et al. Erasure coding for road-to-vehicle visible light communication systems[C]. IEEE Consumer

Communications and Networking Conference. 2011：75-79.