GB/T36628.4-2019
信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信第4部分：室内定位传输协议
Informationtechnology－Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems－Visiblelightcommunication－Part4：Transmissionprotocolforindoorpositioning
- 中国标准分类号（CCS）L79
- 国际标准分类号（ICS）35.110
- 实施日期2020-03-01
- 文件格式PDF
- 文本页数26页
- 文件大小1.87M
以图片形式预览信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信第4部分：室内定位传输协议
信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信第4部分：室内定位传输协议
国家标准 GB/36628.4一2019 信息技术系统间远程通信和信息交换 可见光通信第4部分:室内定位传输协议 nformationtechnology一Telecommunieationsandinformationexehange betweensystems一Visiblelightcommmunication一Part4:Transmissionprotoeol forindo0rp0sitioning 2019-08-30发布 2020-03-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/T36628.4一2019 次 目 前言 范围 2 规范性引用文件 3 术语、定义和缩略语 .. 3.1术语和定义 3.2缩略语 综述 4.1室内定位拓扑结构 IiPAN协调器分类 5 A类LiPAN协调器 5.1概述 5.2帆结构 5.3编码 5.4调制 B类LiPAN协调器 6.1概述 6.2帧结构 6.3编码 6.！调制 C 类LiPAN协调器 概述 7.1 7.2帧结构 .3编码 7.！调制 D类LiPAN协调器 8.1概述 8.2帆结构 0 8.3编码 0 8.4调制 I 23 附录A资料性附录应用场景示例
GB;/T36628.4一2019 前 言 GB/T36628《信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信》目前发布以下部分 -第1部分:媒体访问控制和物理层总体要求 -第2部分:低速窄带可见光通信媒体访问控制和物理层规范 -第3部分:高速可见光通信媒体访问控制和物理层规范 -第4部分室内定位传输协议
本部分为GB/T36628的第4部分
本部分按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
请注意本文件的某些内容可能涉及专利
本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任 本部分由全国信息技术标准化技术委员会(SAC/TC28)提出并归口
本部分起草单位;电子技术标准化研究院深圳市海思半导体有限公司清华大学、人民解 放军战略支援部队信息工程大学,北京大学,北京全电智领科技有限公司、东莞信大融合创新研究院,东 莞芝捷智能科技有限公司
本部分主要起草人;姜彤、杨肪、张弛、孙森震、卓兰、韩丽、刘璐、赵向阳、李晓、王建辉、,田野、宋健 罗鹏飞、张剑,胡薇薇、李彦刚,黄盛锋,孙雅琪、栗寒璐、于宏毅,王利光,递志宇、,王占国,许坤
GB;/T36628.4一2019 信息技术系统间远程通信和信息交换 可见光通信第4部分:室内定位传输协议 范围 GB/T36628的本部分规定了基于可见光通信(380nm780nm)室内定位的拓扑结构和传输 协议
本部分适用于基于可见光通信的室内定位设备的设计、开发
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件
GB/T36628.12018 信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信第1部分;媒体访 问控制和物理层总体要求 术语,定义和缩略语 3.1术语和定义 GB/T36628.12018界定的以及下列术语和定义适用于本文件
3.1.1 信标IDbheaeonID 基于可见光通信的室内定位系统为每个LED灯分配的唯一ID 3.1.2 分块IDbloekID 信标ID被分块后,每块包含的完整ID的片段
3.1.3 块号boeknumber 用于确定信标ID分块在完整ID中位置的编号
3.1.4 LiPAN协调器LiPANeoordnator LiPAN中负责协调、管理各个LiPAN设备通信的设备,负责完成组网控制、LiPAN维护管理、管 理通信资源
3.1.5 LiPAN设备LiPANdevice 用于接收LiPAN协调器发送的位置信息或信标ID,并能够根据位置信息或信标ID解算自身位置 的设备
GB/T36628.4一2019 3.2缩略语 下列缩略语适用于本文件
ID标识符(Identifier) LED发光二极管(LightEmittingDiode) LiPAN可见光个域网(VisibleLightPersonalAreaNetwork 阶占空比(m-DutyCycle) m-DC m ooK启闭键控(OnOKeyring) PD光电探测器(PhotoelectricDetector) PHY 物理层(PhysicalIayer PM脉冲位置调制(PulseePositionModulation) RGB红绿蓝色彩模式(RedGreenBlueColorMode) sAM副载波幅度调制(SubcarrierAmplitudeModulation) UCIM欠采样的颜色强度调制(UndersampledColorIntensityModulation UPwM欠采样的脉冲宽度调制(UnderampledPulee.widlhModdlation) VICIPs基于可见光通信的室内定位系统(VisiblelLightCommunication-bascdIndoorPositioning System 综述 4.1室内定位拓扑结构 基于可见光通信的室内定位系统(VLcIPs)包含1个或多个工作于广播拓扑的LiPAN,每个 LiPAN包含1个LiPAN协器以及1个或多个LiPAN设备
LiPAN拓扑结构如图1所示
LiPAN 协调然 可见光通信链路 LiPAN LiPAN LPAN 设备 设备 设备 图1LiPAN拓扑结构 LiPAN协调器以可见光为载波,采用广播方式发送LiPAN协调器的空间位置参考信息,启动定位 过程
空间位置参考信息是信标ID或位置信息
LiPAN设备可采用PD和图像传感器接收LiPAN 协调器发送的信标ID或位置信息,完成定位
LiPAN设备接收信标ID或位置信息后的具体位置确定方法不在本部分中规定
4.2LiPAN协调器分类 LiPAN的物理实现方式不同,LiPAN协调器的物理层和数据链路层要求则不同
本部分主要规 范以下4种LiPAN协调器:
GB;/T36628.4一2019 A类LiPAN协调器;LiPAN协调器通过LED发送信标ID或位置信息,支持LiPAN设备通 a 过图像传感器接收; b B类LiPAN协调器;LiPAN协调器通过RGBLED发送信标ID或位置信息,支持LiPAN设 备通过图像传感器接收; C类LiPAN协调器;LiPAN协调器通过LED发送信标ID或位置信息,支持LiPAN设备通 过PD和图像传感器接收; D类LiPAN协调器:LiPAN协调器通过RGB或RGBLED发送信标I或位置信息,支持Li d PAN设备通过图像传感器接收
5 A类LiPAN协调器 5.1概述 A类LiPAN协调器采用LED发送可见光定位信号,支持LiPAN设备采用图像传感器接收
Li PAN协调器参数要素适合图像传感器接收参数
LiPAN协调器支持使用应用程序设定图像传感器的 拍摄参数,以得到完整的信标ID
LiPAN设备存储一张表,包含信标ID和LiPAN协调器实际位置的 对应关系
LiPAN设备得到信标ID后查找该表,得到当前设备所处的位置
A类LiPAN协调器应用 场景示例参见附录A
5.2帧结构 帧结构中包括帧头、数据块和尾
数据块中包含块号和信标ID
每个LiPAN协调器应传输不 同的信标ID. 5.3编码 5.3.1概述 如果信标D长度多于7位,使用长信标D分块模式将待传输定位信息分为多赖进行传输;如果 信标ID长度不超过7位,使用短ID单帧模式,将待传输定位信息在单帧进行传输
5.3.2长ID分块模式 5.3.2.1基于曼彻斯特码的编码 编码方式见图2,基于曼彻斯特码的编码为必选
信标ID分成不超过6帧传输,每帧包含帧头、数据块和帧尾,并通过LED灯循环发送
每个数据 块包含3位块号和4位分块ID信息,共计7位
3位块号用于标识每个分块ID的位置
对7位数据 块使用曼彻斯特码编码后添加4个连续的“1”作为帧头,4个连续的“o0”作为帧尾,形成一帧
曼彻斯特编码约定有两种 数据位1编码为10,数据位0编码为0; a b 数据位1编码为01,数据位0编码为10.
GB/T36628.4一2019 第1恢 第2帆 第5帆 第6赖 数据块 头 领尾 曼彻斯特编码 块号3位 分块ID信息4位 0000 1ll 图2长ID分块模式基于曼彻斯特码的编码 5.3.2.2基于CH码的编码 BCH码的编码方案为可选方案,该方案可提高定位信息的抗噪声性能、提高接收端的译码性能、提 高定位信息正确传输距离
基于CH码的编码方式见图3
此方案信标D分成不超过6赖,每赖包含赖头,数据块和赖尾
数据块包含3位块号和4位分块 D信息,共计7位
对7位数据块使用(7,15,2)BCH码编码后添加4个连续的“1”作为帧头,4个连 续的“o”作为帧尾,形成一
BCH码编码生成多项式应为;g(r)='十r=十1
信标ID最终被编码成不超过6帧信号,并通过LED灯循环发送
第1帆 第2 第5帆 第6赖 数据块 锁尾 头 7.15,2)BCH码 块号3位 分块ID信息4位 000 1lll 图3长ID分块模式基于BCH码的编码 5.3.3短I单帧模式 知短D单帧模式的编码方式见图4
可对信标ID的原始数据进行曼彻斯特编码或者BCH码编码
编码后添加帧头,帧尾形成一帧， 并通过LED灯发送
GB;/T36628.4一2019 械头 数据块 帆尾 7,15,2) BCH码或 曼彻斯特编码 l1 信标ID 000 短ID单帧模式 图 4 5.4调制 LiPAN协调器调制模块采用0OK方式,输人符号速率应不超过图像传感器接收机扫描处理速率 对于任意一持孩时间为T的输人信号,输出信号的持续时间也应为T,输出信号的蛇 例如8kHz)
值幅度应为输人信号幅度绝对值的两倍
B类LiPAN协调器 6.1概述 B类LiPAN协调器采用RGBLED发送可见光定位信号,支持LiPAN设备采用图像传感器接收
LiPAN协调器在提供无闪烁照明灯的同时支持LiPAN设备采用欠采样方式接收发送的数据
图5给出了LiPAN协调器的原理图,对于一组待传输信号来说,该待传输数据先进行多幅调制,得 到3路幅度调制信号[！(t),l.(t),!.()],其中,每一路的幅度调制信号具有多个幅度
前导符生成 模块根据幅度调制阶数M生成3路并行前导符[P(t),尸g(t),P.()]
每一路幅度调制信号之前均 添加相应的一路前导符从而得到每一路的初始信号
对每一路的初始信号进行副载波幅度调制 SAM.得到每一路的副载波调制信号[U(t) LiPAN协调器最后将3路副载波调制后 信号[U(),U.(),U.()]通过RGBLED驱动和RRGBLED发送出去
由于经过每一路副载波调制后的信号均满足在预设时间内平均亮度为50%,且闪烁频率高于人眼 的截止闪烁频率,因此人眼观察不到闪烁
在满足CIE标准中RGB三原色相对强度的规定下LiPAN 协调器可输出无闪烁的白光
B类LiPAN协调器应用场景示例参见附录A uCIM UcIM调制模块 符号 UO RGB 待传输 多幅0 0 RGB LED SAM 数据 调制 ao A( LED 驱动 前导符生成 图5B类LiPAN协调器原理图 6.2帧结构 赖结构包括赖头、数据块和赖尾,其赖结构如图6所示
赖头亦可称作前导符,主要用于LPAN协 调器向LPAN设备指示信号的起始(同步)位置、欠采样所接收到的副载波调制信号是否存在相位错 误、相机对幅度调制信号的非线性编码曲线和进行UCIM解调时所需的RGB信道矩阵的参数信息
GB/T36628.4一2019 数据块包括信标ID长度指示和信标ID信息
帧尾由检验位组成
顿头 数据块 帆尾 前导行 信标ID长度指示 信标ID 图6B类LiPAN协调器的帧结构 6.3编码 6.3.1帧头 如图7所示,对于任意阶数的UCIM调制,前导符分为三部分
第一部分用于LiPAN协调器向LiPAN设备指示该序列的起始位置
该部分应包括一个并行的 三路符号,三路并行符号的幅度均为K+1,其中K为LiPAN协调器中待发送信号在UCIM调制后的 最大幅值
第二部分用于LiPAN协调器向LiPAN设备指示相机非线性编码曲线和LiPAN设备进行UCIM 解调时所需的RGB信道矩阵的参数信息,其中非线性编码曲线或相机Gamma曲线用于LiPAN设备 一K ！二K二 进行UCIM解调时的非线性均衡
第二部分应包含N个并行的三路符号,N=
每个 一K一K 第二部分的并行符号的幅度满足一定的关系,其中每一路N个符号的 -×2个符号的幅度为 I一K一K" 个符号为幅度递增的符号串,该符号串的幅度从一K开始以2为步长等间隔连 一K,剩余的 续递增至K
另外当任意一路的符号幅度从一K开始以2为步长等间隔连续递增至K形成递增符号 串时,其他并行的两路符号的幅度均为一K
第三部分中任意符号的幅度应为将第二部分的相应位置符号的幅度执行取反操作后的值
这部分 N个并行符号用于在LiPAN设备对LiPAN协调器所发送的副载波调制后信号进行欠采样接收时发 生相位错误时,LiPAN协调器向LiPAN设备指示非线性编码曲线和LiPAN设备进行UCIM解调时 ,其中非线性编码曲线或相机Gamma曲线用于LPAN设备进行 所需的RGB信道矩阵的参数信息 UCIM解调时的非线性均衡
K+ 红色支路调制后有效数据 红色支路 借意C符 K+/- 绿色支路调制后有效数据 绿色支路 信息X个符号 K+ 蓝色支路调制后有效数据 蓝色支路 信息x个符号 第一部分 第二部分 第三部分 图7前导符结构
GB;/T36628.4一2019 6.3.2数据块 数据块应由信标ID长度指示和信标ID构成
信标ID长度指示部分应包含3位,用于指示信标 ID的长度,其关系应如表1所示
表1信标I长度指示与信标ID长度关系 信标ID长度 信标D长度指示(b2bl0) 描述 位 16 000 16位D 24 001 24位lD 32 010 32位ID 011 48 48位ID 00 64 64位ID 保留 保留 101l11 6.3.3帧尾 校验位应为1位的奇校验位
数据块和帧尾应按6.4规定的UCIM调制进行调制
6.4调制 6.4.1UCIM调制模块 LiPAN协调器中的UCIM调制模块包括两部分;多幅调制模块和SAM模块,如图8所示
这两 部分均应支持三路处理,即多幅调制模块为单端口输人,三端口并行输出;SAM模块为三端口并行输 人,三端口并行输出
UCIM 符号 uCIM调制模块 U 多幅 U( 待传输 SAM 调制 数热 O 图8UcCIM调制模块 多幅调制 6.4.2 LiPAN协器应根据UCIM调制模块中幅度调制阶数M,生成并行三路多幅调制信号[1i(t). 4()1)]
若调制阶数为M,则所生成的信号最大幅度为K应为M-1,最小幅度一K应为一M +1,两个幅度差值应为2
所生成的任一并行3路幅度调制后的符号[I.(t),I.(t),I.(t)]应包含3× log,M位信息
GB/T36628.4一2019 6.4.3副载波幅度调制 LiPAN协调器的UCIM调制模块中SAM模块应可并行处理三路多幅信号,输出者三路多幅信号 对应的副载波幅度调制后信号
输人并行符号的速率应为LiPAN设备中相机的帧率(例如30帧/s)， sAM的方波载波频率宜高于200Hz,对于任意一持续时间为T的输人信号,SAM的输出信号的持续 时间也应为T,输出信号的峰峰值幅度应为输人信号幅度绝对值的两倍
c类LiPAN协调器 7.1概述 C类LiPAN协调器采用LED发送可见光定位信号,支持LiPAN设备采用PD与图像传感器协同 接收
LiPAN协调器可具有位置信息或信标ID,且可利用自身形状,颜色、闪烁变化传递位置信息或 信标ID
LiPAN协调器原理图如图9所示,位置信息的二进制数据通过曼彻斯特编码后,通过OOK 调制输出给LED驱动器,再通过亮灭的方式由单个或多个LED发送出去
当LPAN协调器采用多个 lED发送位置信息时其形态特征可支持LiPAN设备对其进行模式识别
LiPAN设备接收LPAN协调器发送的位置信息或信标ID进行定位也可利用图像传感器识别 LiPAN协调器的形态特征进行定位,或使用两种方式协同定位
C类LiPAN协调器应用场景示例参 见附录A
位置信息/ 信标ID 曼彻斯特编码 OoK调制 LED驱动器 单个/多个LED 图9c类LiPAN协调器原理图
GB;/T36628.4一2019 7.2帧结构 每个位置信息可包含N数据
每帧数据包含帧头、数据块、帧尾;另外每帧数据前都设有同步 头,其中第1帧前同步头为10位高电平,第2帧至第N前同步头为5位高电平
帧结构如图10所 示(以N=6为例
第6 第1就 第2锁 第6 同步头 头 数据块 尾同步头 曼彻斯特编码 111111111 01 10 D信息16位 llllm 图10C类LiPAN协调器帧结构 7.3编码 若位置信息原为N个8位位组,则为了方便接收及解码,每个8位位组前后加同步头、头和顿 尾;为了避免LED有明显闪烁,对位置信息数据进行曼彻斯特编码(若数据位为1,则扩展为01;若数据 位为0,则扩展为10),经过编码后,N个8位位组中每个8位位组变为一个20位的数据,如图11所示 16位 图11信息帧构成 每个8位位组赖头应为2位(01),帧尾应为2位(10). 每发送一个8位位组,应间隔5位(连续高电平,持续时间5位)再发送另外一个8位位组
发送完 第N个8位位组后,视为一个ID数据发送完成
间隔10位(连续高电平,持续时间10位)再循环发送 下一帧数据的第1个8位位组,同步头格式如图11所示
7.4调制 C类LiPAN协调器采用OOK调制方式,支持单路循环发送数据
根据编码后的数据通过LED驱动 器进行有序的控制LED灯的亮灭,来传输位置信息;数据速率不应大于PD及后级处理电路的最高速率， 实际速率根据项目需求和实际状况设定,后期解码部分要做相应的设定
建议速率为9600bit/s,在此速 率下,若位置信息为6个字节,那么每个位置信息发送时间约为20ms
每秒发送50次左右
GB/T36628.4一2019 8 D类LiPAN协调器 8.1概述 D类LiPAN协调器采用LED或RGBLED面状灯,条形灯,圆形灯发送可见光定位信号,支持Li PAN设备采用图像传感器接收
D类LiPAN协调器应用场景示例参见附录A
图12给出了LiPAN协调器原理图,待发送的二进制数据通过两个通路分别发送
通路 通路1前导 通路2 符生成 调制参数 待发送的 选择器 二进制数据 -DC 映射 UPWwM 符号 UPWM LED LED 调制器 驱动器 图12D类LiPAN协调器原理图 8.2帧结构 赖结构包括帧头、数据块和帧尾,其赖结构如图13所示
帧头亦可称作前导符
懒头 数据块 尾 前导符 信标ID长度指示 信标ID 图13D类LiPAN协调器帧结构 8.3编码 8.3.1前导符 8.3.1.1通路1前导符 通路1前导符用于通路1的同步、欠采样相位错误指示,非线性参数估计及调制方式指示
对于不 同UPwM调制阶数,前导符应使用与调制阶数m对应的占空比序列,2,3、4、6,8,、12、16,23和32阶 UPwM调制方式对应的前导符占空比序列如表2所示
前导符占空比序列应按8.4中规定的UPwM 调制进行调制
10
GB;/T36628.4一2019 表2不同调制阶数下的前导符占空比序列 前导符占空比序列 调制阶数m 0%、.50%,.100% 50%,75死.0% 0%、25%、 0%、20%、40%、60%,80%、100% 0%、l4.3%,28.6%、42.9%,57.1%、71.4%,85.7%、100% 0%、1l.1%,22.2%,33.3%、44.4%,55.6%,66.7%、77.8%,88.9%、l00% .4%、23.1%、30. %.38.5%.8.2%.3.8%.L.5%.9.2%.7瓦.9%.sA.6%、 0%、7.7%、l5,4 12 92.3%,100% 0%5.9%11.8%、17.6%.23.5%.29.4%35.3%、41.2%、47.1%、52.9%58.8%、64.7%、70.6% 16 76.5%,.82.4%,88.2%,.94.1%,.100% 0%、4.2%,8.3%、12.5%、16.7%,20.8%、25.0%,29.2%33.3%、37.5%、41.7%、45.8%50.0%、 23 54.2%.58.3%.82.5%.66.7%.70.8%.75.0%.,79.2%.83. 3%.s7.5%.,l.7%.5.8%.J0% 0%、3.0%,6.1%,.9.1%、.12.1%、.15.2%、18.2%,21.2%、24.2%、27.3%、30.3%、33.3%、36.4%、 32 39.4%、42.4%、45.5%、48.5%、51.5%,54.5%、57.6%、60.6%、63.6%,66.7%、69.7%、72.7%、 75.8%、78.8%,81.8%,84.8%,87.9%,90.9%,93.9%,97.0%,100% 8.3.1.2通路2前导符 通路2前导符用于通路2的同步
前导符应由有一个时间长度为丁,的双脉冲信号构成
通路2 前导的占空比应与所处通路2波形占空比相同,对于占空比低于50%的情况,双脉冲应为高电平脉冲， 对于占空比大于50%的情况,双脉冲应为低电平脉冲
双肤冲宽度应相同且应位于T. 时间的起始 和结束位置
8.3.2数据块 数据块应由信标长度指示和信标ID构成
信标ID长度指示部分应包含3位,用于指示信标 1D的长度,其关系应如表3所示
表3ID长度指示与ID长度关系 信标ID长度 信标D长度指示(b2blb0) 描述 位 000 16 16位ID 001 24 24位lID 32位D 010 32 011 48 48位D 64 100 64位ID 101~111 保留 保留 1
GB/T36628.4一2019 8.3.3倾尾 校验位应为1位的奇校验位
数据块和尾应按8.4规定的UPwM调制进行调制
8.4调制 8.4.1总体要求 LiPAN协调器采用UPwM调制,支持两通路同时发送数据,LiPAN设备可采用欠采样方式接收 通路1发送的数据,可通过接收条纹信息获取通路2发送的数据 通路1中,LiPAN协调器和LiPAN设备应支持的UPwM调制阶数包括:2、3、4,6,8、12,16,23、 32,实际使用的调制阶数可由厂商自定义或用户配置
LiPAN协调器发送的符号速率应与LiPAN设 备的图像传感器的帧率相同
其中,所有LiPAN协调器应支持30B(Baud)
在通路1,LiPAN协调器 应根据调制阶数和PHY ,获取前导符占空比序列、数据块和帧尾占空比序列,其中,前导符占空比序 列应按照8.3.1规定生成,数据块和帧尾占空比序列应由数据块和帧尾进行m-DC映射所得
LiPAN 协调器应分别生成与前导符占空比序列、数据块和尾占空比序列对应的UPwM符号,每个占空比值 应对应一个UPwM符号 UPwM符号的周期为LiPAN设备相机采样周期
一个UPwM符号 应由相等数量的波形I和波形I组成,波形I和波形I时长应相同,且占空比互补
LiPAN应依次发 送根据前导符占空比序列、数据块和帧尾占空比序列生成的UpwM符号 通路2中,LiPAN协调器和LiPAN设备应支持的UPwM子波形调制方式包括:V8PPM、 V4PPM、.V2PPM
UPwM子波形调制方式应由LiPAN协调器在通路1的发送符号使用的占空比来 确定,且随之变化而改变
LiPAN协调器发送的通路2的子波形占空比应与LiPAN协调器在通路1 发送符号使用的占空比相同
通路2应根据由8.4.3所规定的调制方式,生成一系列波形I和一系列波 形l
波形I的平均占空比为当前UPwM符号对应的占空比,波形的平均占空比为当前UPWM符 号对应的占空比的互补占空比
8.4.2通路1的m-Dc映射 通路1中,LiPAN协调器和LiPAN设备支持的UPwM调制阶数m既可为2的整数次幕,也可为 2的非整数次幕
当m为2的整数次幕时,每个UPwM符号可传输b=log;m个位;当m为2的非整 数次幕时,每N个UPwM符号可传输个位,其中[logm上Nxlog;"」h=[logm 当调制阶数m为2的整数次幕时,LiPAN协调器按照数据块和帧尾中二进制数据的排列顺序,以 b=log;m个二进制数据为一组进行映射
若数据块和赖尾的长度不是的正整数倍,LiPAN协调器 在进行m-DC映射前应在帧尾尾部添加P个0,在不同调制阶数下,不同ID长度对应的尸的个数如 表4所示
表4补零个数与ID长度和调制阶数m的关系(m为2的整数次幕 D长度 调制阶数 16位 24位 32位 48位 64位 P 凡 P=1 P=2 P- P=1 =0 p P P=2 P=3 32 P=0 数据块和顿尾长度=ID长度+4位 m=2,4、16时,P=0
12
GB;/T36628.4一2019 每组二进制数据(di,dg,d.}应按照本条规定的映射规则,映射为1个占空比
m分别为2,4、 8,l6,32时,映射规则分别如表5表9所示
表5 =2的映射规则 n 位d 占空比 0% 100% 表6 =4的映射规则 1= 位d 位d 占空比 20% 40% 60% 80% 表7m=8的映射规则 位d 位d 位d
占空比 11.1% 22.2% 33.3% 44.4% .6% 55
66.7% 77.8% 88.9% 表8m=16的映射规则 位d 位d 位d 位d
占空比 5.9% 11.8% 17.6% 23.5% 29.4% 35.3% 41.2% 47.1% 13
GB/T36628.4一2019 表8(续 位d 位d 位d 位da 占空比 52.9% 58.8% 64.7% 70.6% 76.5% 82.4% 88.2% 94.1% 表9m=32的映射规则 位d 位d 位d 位d 位d
占空比 3.0% 6.1% 9.1% 12.1% 15.2% 18.2% 21.2% 2A4.2% 27
3% 30.3% 33.3% 36.4% 39.4% 42.4% 45.5% 48.5% 51.5% 54.5% 57.6% 60.6% 63.6% 66.7% 14
GB;/T36628.4一2019 表9(续 位d 位d 位d 位d 位d 占空比 69.7% 72.7% 75.8% 78.8% 81.8% 84.8% 87.9% 90.9% 93.9% 97.0% 当m为2的非整数次幕时,LiPAN协调器应根据调制阶数m,确定N=2,b-Llog;m」,其中 m 可为3,6,12,23
LiPAN协调器应按照数据块和尾中二进制数据的先后顺序,以b个二进制数据为 一组,对二进制数据进行分组
若数据块和帧尾的长度不是b的正整数倍,LiPAN协调器在进行 m-DC映射前应在帧尾后添加P个0,在不同调制阶数下,不同ID长度对应的尸的个数如表10所示
表10补零个数P与ID长度和调制阶数m的关系(m为2的非整数次幕) ID长度 调制阶数 2位 似 24 位 64 6位 48位 P=1 P=2 P=0 P=2 P=l P=2 P P P=3 12 P=1 P =6 P=2 =0 P 23 为 P=7 P= 数据块和尾长度=ID长度十4位
LiPAN协调器应对每个二进制分组进行m-DC映射,每个二进制分组按照本条规定的映射规则映 射为2个占空比,进而可以生成2个UPwM符号并发送
每组二进制数据(d,. i,dg,d.}应按照本 条规定的映射规则,映射为2个占空比(占空比I和占空比I)
分别为3,6、12时,映射规则分别如 表11,表12、表13所示
m为23时,每个9位可以表示为从0~511中的任意十进制值,对于十进制值 为Value_Bits的9位,占空比I和占空比I应通过表14和表15计算得到
表11m=3的映射规则 位d 位d 位d 占空比lI 占空比l 25% 25% 25% 50% 5% 75% 15
GB/T36628.4一2019 表11(续 位d 位d 位d 占空比1 占空比l 50% 256 50% 50% 50% 75% 75% 25% 表12m=6的映射规则 位d 位d 位d 位d
占空比I 占空比l 0% 14.3% 100% 14.3% 0% 14.3% 100% l4.3% 0% I4.3% 100% 14.3% 0% 28.6% 100% 28.6% 0% 28.6% 100% 28.6% 0% 28.6% 28.6% 00% 0% .9% 42.9 00% 42.9% 0% 42.9% 100% 42.9% 0% 42.9% 100% 42.9% 57.1% 0% 57.1% 100% 0% 57.1% 100% 57.1% 0% 57.1% 100% 57.1% 0% 71.4% 00% 71.4% 16
GB;/T36628.4一2019 表12(续 位d 位d 位d 位d0 占空比I 占空比" 0% 71.4% 100% 71.4% 0% 71.4% 100% 71.4% 0% 85.7% 100% 85.7% 表13朋=12的映射规则 位 位 占空比l 占空比lI 占空比I 占空比l dddd，dl？dd
d，dsdddddd 0000000 7.7% 7.7% 0011000 23.1% 7.7% 0011001 0000001 7.7% 15.4% 23,1% 15,4% 7.7% 23.1% 23.1% 0000010 % 0011010 23. 7.7% 30.8% 0011o11 23.1% 30.8% 0000011 7.7% 38.5% 001l100 38.5% 23.1% 0000l00 0000101 7.7% 46.2% 0011101 23.1% 46.2% 0000110 7.7% 0011110 53.8% 23.1% 53.8% 0000111 7.7% 61.5% 001lll1 23.1% 61.5% 0001000 7.7% 69.2% o100000 23.1% 69.2% 7.7% 23.1% 76.9% 0001001 76.9% 0100001 84.6% 84.6% 7.7% .1% 0001010 0100010 23
0001011 7.7% 92.3% o10001m 23.1% 92.3% 0001100 15.4% 7.7% 0100100 30.8% 7.7% 0001101 15.4% 15.4% 0100101 30,8% 15,4% 0001l10 15.4% 23.1% 0100110 30.8% 23.1% 5.4% 0001lll 30.8% 01001l1 30.8% 30.8% 4% 8.5% 30.8% 38.5% 00l0000 o101000 15,4 46.2% 8% 5.4% 0l0l00 3% 00l0001 30.8 001001o 53.8% 01o1o1o 30.8% 53.8% 5.4% 0010011 15.4% 61.5% 0101011 30.8% 61.5% 0010100 15.4% 69.2% 0101100 30,8% 69.2% 0010101 0101101 15.4% 76.9% 30.8% 76.9% 0010110 5.4% 84.6% 0101l10 30.8% 84.6% 00101ll 15.4% 92.3% o101lll1 30.8% 92.3% 17
GB/T36628.4一2019 表13(续 位 位 占空比I 占空比 占空比I 占空比 dlddddldd dddlddd1d o110000 38.5% 7.7% 53.8% 76.9% l0l0001 0110001 38.5% 01001o 15.4% 53.8% 84.6% 0110010 38.5% 23.1% 010011 53.8% 92.3% 01l001l 38.5% 30.8% 010100 61.5% 7.7% 0110100 38.5% 38.5% 1010101 61.5% 15.4% 6.2% G1.5% 0110101 38.5% 1010110 23.1% .8% 38.5% I5% 0110110 53.8 1010111 30.89 o110111 38.5% o11000 61.5% 38.5% G1.5% 0111000 38.5% 69.2% 1011001 61.5% 46.2% 01l1001 38.5% 76.9% 101101o 61.5% 53.8% 01llo10 38.5% 84.6% 101101l 61.5% 61.5% 01l101l 38.5% 92.3% 101ll00 61.5% 69.2% 01ll100 46.2% 7.7% 101l101 61.5% 76.9% se 5奶 01l0l 5.4% 46.2% 101ll10 61 84.69 46.2% 3.1% .5% .3% 0111110 101111 61 92. 0111111 46.2% 30.8% 1100000 69.2% 7.7% 1000000 69.2% 46.2% 38.5% 1100001 15.4% 1000001 46.2% 46.2% 110001o 69.2% 23.1% 1000010 46.2% 53.8% 1100011 69.2% 30.8% 100001m 46.2% 61.5% l100100 69.2% 38.5% 9.2% l000l00 46.2% ll00101 69.2% 46.2% 10001o1 46.2% l1001lo 69.2% 53.8% 6.9% 100011o 46.2% 84.6% l1001l1 69.2% 61.5% 1000111 46.2% 92.3% 101000 69.2% 69.2% 1001000 53.8% 7.7% 1101001 69.2% 76.9% 1001001 53.8% 15.4% 1101010 69.2% 84.6% 23.1% 1001010 53.8% 1101011 69.2% 92.3% % 0.8% 0.9% 100101l 53.8% 1101100 7.7 1001100 53.8% 11011o1 76.9% 15.4% 8.5% 1001101 53.8% 46.2% l101l1o 76.9% 23.1% 1001l10 53.8% 53.8% 1101l1l 76.9% 30.8% 1001111 110000 53.8% 61.5% 76.9% 38.5% 1010000 53.8% 69.2% lll0001 76.9% 46.2% 18
GB;/T36628.4一2019 表13(续 位 位 占空比I 占空比I 占空比I 占空比I dldldddld dldldddld1d
ll10010 76.9% 53.8% 11ll001 84.6% 15.4% 1110011 11101o 76.9% 61.5% 84.6% 23.1% 1110100 76.9% 69.2% 1l1011 84.6% 30.8% ll10101 76.9% 76.9% llll00 84.6% 38.5% 1l10110 76.9% 84.6% 1lll101 84.6% 46,2% l1101l1 76.9% 92.3% 11l1l10 84,6% 53.8% 84.6% 7.7% 1111000 1111111 aL5% 84,6% 表14m=23的映射规则占空比I 对23位二进制数据对应的十进制数据除以23向下取整 占空比I 4.2% 8.3% 12.5% 16.7% 20.8% 25,0% 29.2% 33,3% 37.5% 4l.7% 10 45.8% 11 50.0% 54.2% 12 13 58.3% 14 62.5% 66.7% l 16 70.8% 17 75.0% 79.2% 18 19 83.3% 20 87.5% 21 91.7% 2 95.8% 19
GB/T36628.4一2019 表15 =23的映射规则(占空比I n1= 23位二进制数据对应的十进制数据除以23的余数 占空比" 4.2% 8.3% 12.5% 16.7% 20.8% 25,0% 29.2% 33.3% 37.5% 41.7% 10 45.8% 11 50.0% 12 54.2% 58.3% 13 62.5% 14 .7% 1 66
16 70.8% 17 75,0% 18 79.2% 19 83.3% 20 87.5% 91.7% 21 22 95.8% 8.4.3通路2的调制参数选择 通路2中UPwM子波形调制方式应采用基于UPwM的脉冲位置调制(PPM)
通路2中所使用 的调制方式应由通路1中前导符占空比序列、数据块和帧尾占空比序列或数据占空比序列来确定,并随 之改变而改变
LiPAN协调器应根据所示通路1中发送符号使用的占空比确定通路2中PPM的调制 方式,包括 若通路1中的占空比或其互补占空比范围大于0%且小于或等于12.5%,或通路1中的占空 a 比或其互补占空比范围大于或等于87.5%且小于100%时,确定通道2使用V8PPM调制 方式; b 若通路1中的占空比或其互补占空比范围大于12.5%且小于或等于25%,或通路1中的占空 比或其互补占空比范围大于或等于75%且小于87.5%时,确定通道2使用V4PPM调制方式 若通路1中的占空比或其互补占空比范围大于25%且小于75%时,确定通道2使用v2PPM 20
GB;/T36628.4一2019 调制方式
通路1中的占空比或其互补占空比与通路2PPM的调制方式关系如表16所示
表16UPwM通路2Pp调制方式的选择 通路1中的占空比或其互补占空比 通路2PPM的调制方式 V8PPM 0%~12.5%们]&.[87.5%~1o0% 12.5%25%们&.[75%87.5% V4PPM 25%75% V2PPM 8.4.4通路2的调制方式 通路2所使用的V8PPM、V4PPM和V2PPM分别是可变占空比8/4/2脉冲位置调制
V8PPM为可变占空比八脉冲位置调制
V8PPM在8PPM基础上应使用高电平持续时间低于 12.5%×符号周期的脉冲代替8PPM中高电平持续时间=12.5%×符号周期的脉冲,且V8PPM符号 脉冲上升沿位置应与对应的8PPM符号上升沿位置相同
对于占空比D在区间[87.5%100%)的 V8PPM符号来说,其与占空比应为1一D的Vv8PPM符号镜像对称
从而每个V8PPM符号应包含 8位信息
V4PPM为可变占空比四脉冲位置调制
V4PPM在4PPM基础上应使用高电平持续时间低于 5%×符号周期的脉冲代替4PPM中高电平持续时间=25%×符号周期的脉冲,且V4PPM符号脉冲 上升沿位置应与对应的4PPM符号上升沿位置相同
对于占空比D在区间[75%~100%)的V4PPM 符号来说,其与占空比应为1-D的V4PPM符号镜像对称
从而每个V4PPM符号应包含2位信息
V2PPM为可变占空比二脉冲位置调制
V2PPM在2PPM基础上应使用高电平持续时间低于 50%×符号周期的脉冲代替2PPM中高电平持续时间=50%×符号周期的脉冲,且V2PPM符号脉冲 上升沿位置应与对应的2PPM符号上升沿位置相同
对于占空比D在区间[50%~100%)的V2PPM 符号来说,其与占空比应为1一D的V2PPM符号镜像对称
从而每个V2PPM符号应包含1位信息
通路2应依照调制参数(见8.4.3)对数据块和帧尾进行分组,依照不同的调制方式,生成整数个 PPM符号,完成通路2的调制
8.4.5UPwMI调制器 UPwM调制器的内部结构如图14所示
通路1中的前导符占空比序列、数据块和帧尾占空比序 列应按照先后顺序输人到UPwM调制器
数据块十尾 调制参数 占空比(D) 子波形 产生器 级联并重复 互补操作 图14UPwM调制器 21
GB/T36628.4一2019 对于每个占空比D,通路1的UPwM调制器首先应对其进行互补占空比操作,生成占空比1一 D
在综合“子波形的待发送的二进制数据”“调制参数(见8.4.3)”、占空比D或1-D,符号持续时 间T)的基础上,生成一个UPwM符号U,(持续时间T) 个UpwM符号应由相等数量的波形I和波形组成,波形I和波形I应间隔排列,且时长T 应相同、占空比互补
波形I的占空比应为D,,波形I的占空比应为1一D
一个波形I或波形I应由三部分组成: 定界符 aa b)有效数据部分; c 填充部分 定界符应包含两部分:第一部分应为高速PwM符号,用于指示波形I或波形I的起始位置
定界 符第一部分持续时间应为Tm,T时间内包括整数个PwM波形,每个PwM符号时长均为T ！apmo 在LiPAN设备相机的曝光时间T
内,应包括多个PwM波形,即T
>Tm
每个PwM符号占空比 应为波形I或波形】的占空比
第二部分应为两个v2PPM符号,两个v2PPM符号的高低电平脉冲 位置用于指示波形I或波形I中数据的调制方式,每个V2PPM符号应持续Tm 有效数据部分应为通过&.44调制后Pp符号,每个PPM符号持续时间应为 1Tw,占空比应为波 形I或被形I的占空比. 有效数据部分应包括一个通路2的PHY、多个通路2的PHY或一个通 路2的PHY赖的一部分的至少一种
填充部分用于在某些波形I或波形I有效数据不够时,保证波形I和波形I的时长均为T,,且用 于指示波形I或波形I的结束位置
填充部分的波形应为时长大于或等于T的高速PwM波形,填 充部分应包括整数个PwM波形,每个PwM符号时长均为T
在LiPAN设备相机的曝光时间T 么 m
内,应包括多个PwM波形,即T.>T 每个PwM符号占空比应为波形I或波形I的占空比
1apm
LiPAN协调器应保证人眼对其发送的波形感觉不到闪烁
调制器输出信号应满足波形I或波形 I的持续时间T,小于或等于1/200s,一个UPwM符号持续时间T
应等于LiPAN设备相机的采样 周期
22
GB;/T36628.4一2019 附 录 A 资料性附录 应用场景示例 A类LiPAN协调器的一种典型的应用场景是;以LED灯作为LiPAN协调器,通过发送蓝光调制 信号,并激发LED灯中荧光粉产生白光信号
LiPAN设备通过CMOS摄像头设备进行接收,并利用 卷帘效应接收以获得发送信号,并通过解调解码后获得位置ID信息
B类LiPAN协调器的一种典型的应用场景是:以RGBLED灯作为LiPAN协调器,通过红色、绿 色和蓝色三个信道并行发送信号
LiPAN设备可通过欠采样的方式进行接收并获得信标ID C类LiPAN协调器的一种典型的应用场景是:以LED灯作为LiPAN协调器,利用单片机控制 LED灯以有序序列高速闪烁,如图 A. 所示
驱动模块上电后,单片机会从片内FLASH中读取出信 标ID,按照编码方式完成编码组倾
单片机程序通过计时器按序列输出编码至输人输出端口1/O) I/0控制MOS管通断,从而控制1 LED )灯通断,当发送“1”时,控制LED灯亮;当发送“0”时,控制LED 灯灭
I/0输出编码速率优先设置为9600bhit/ LED灯的表现为高频、人眼不可感的闪烁
LED模 块的正常工作电压不宜超过50V,功率不宜超过20w,使用该驱动方案可以驱动单个或多个不同形态 的LED光源
单个LED的形态特征指具有点光源或线光源,多个LED的形态特征指由点光源或线性 光源组成的具有空间几何关系的光源组,便于LiPAN接收机在接收信息的同时对LED光源进行形态 模式识别
C类LiPAN协调器适用于多种用途的室内定位,典型应用在室内机器人导航定位领域
Lo. 信标ID 读取片内FLASH 单片机 MOs管 LED 图A.1 LED驱动示意图 D类LiPAN协调器的一种典型的应用场景是;安装于天花板的LED灯作为协调器,不断发送人眼 观察不到闪烁的信号,位置D同时加载在通路1和通路2中
LPAN设备通过配置的图像传感器进 行信号采集,采集间隔与UPwM符号持续时间相等(T,).
当LED灯面积较小或接收距离较远时,接收端所采集到的光斑在图像传感器中的尺寸可能较小 接收端可通过欠采样接收模式对通路1的信号进行亮度提取
由于接收器通常都有伽马非线性编码 因此可利用通路1的前导进行同步、非线性曲线测量、判断欠采样时是否发生相位反相,获取调制参数 等操作,再根据数据块获取位置ID长度以及位置ID信息,最后再通过奇校验位进行奇校验 当LED灯面积较大或接收距离较近时,在LiPAN设备的图像传感器中可采集到尺寸较大的光斑 LiPAN设备可降低曝光时间,并通过基于卷帘快门的方式进行曝光
LiPAN设备的图像传感器获取 到的图案包含亮暗条纹信息,LiPAN设备通过含有亮暗条纹的图像对通路2的信号进行提取
通路2 的信号中包含至少一个完整的波形I和波形I
LiPAN设备通过图像处理,获取通路2的定界符及填 充部分,根据定界符里的调制方式对定界符和填充部分之间的有效数据进行解调,再通过奇校验位进行 奇校验
信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信第4部分：室内定位传输协议GB/T36628.4-2019
信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信是一种新兴的通信技术，其优势在于兼顾了无线和有线通信的优点。GB/T36628.4-2019《信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信 第4部分：室内定位传输协议》规定了在室内环境下，使用可见光通信技术实现室内定位所需的传输协议标准。
该协议标准主要包括了物理层、数据链路层、网络层和应用层等方面的内容。其中，物理层规定了光源和接收器之间的物理连接方式和通信速率等；数据链路层规定了数据帧格式，实现了数据的可靠传输；网络层则提供了多层次的网络拓扑结构，并支持多种室内定位算法；应用层则定义了一系列定位相关的服务。
该协议的实现可以借助于LED灯泡或者其他光源进行，因此具有低成本、易部署等优点。同时，在室内定位方面也有着广泛的应用前景。例如，可以在商场、医院等公共场所中，通过对人员位置的实时监测，优化空调、照明等设备的控制，提高能源利用效率；还可以在危险环境下，通过对人员位置的精确定位，实现安全管理。
需要注意的是，GB/T36628.4-2019《信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信 第4部分：室内定位传输协议》只规定了传输协议标准，要实现室内定位功能还需要配合相应的硬件和软件设施。此外，在进行系统集成之前，必须进行充分的测试和评估，以确保系统的可靠性和稳定性。
总之，GB/T36628.4-2019《信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信 第4部分：室内定位传输协议》的出台标志着我国在可见光通信领域又取得了重要进展。只有加强技术研发和标准制定，不断推动可见光通信的发展，才能更好地满足人们对高效、安全、节能的室内环境的需求。
