融合VLC和PLC的智能會(huì)議系統(tǒng)*

*基金項(xiàng)目：深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)資助項(xiàng)目, 項(xiàng)目編號: JSGG20211029095003004

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，為會(huì)議室場景的智能化提供了強(qiáng)大的技術(shù)保障。隨著智能會(huì)議系統(tǒng)的發(fā)展，會(huì)議室的智能化越來越全面和細(xì)化，并且極大地注重隱私和安全性，傳統(tǒng)單一通信技術(shù)如Wi-Fi 已經(jīng)無法滿足需求，基于PLC 和VLC 融合的新型通信方式的應(yīng)用，VLC 和PLC 各自取長補(bǔ)短，需要供電的PLC 智能設(shè)備連接電力線，提高了會(huì)議室智能化體驗(yàn)，無需長供電或有保密需求的設(shè)備如智能桌牌、會(huì)議電視機(jī)等作為VLC 終端，只要會(huì)議室做好遮光處理，信息不易被截獲，為會(huì)議室的智能化發(fā)展帶來了新的智能和安全體驗(yàn)。

1 可見光通信和電力線通信概述

1.1 可見光通信

可見光通信(Visible Light Communication, VLC) 是在照明的同時(shí)利用白色發(fā)光二極管（LED），通過閃爍不同的頻率攜帶不同的信號，可見光通信不需要電磁頻譜的許可，對其他設(shè)備也不會(huì)引起電磁干擾，造成其他設(shè)備不能正常工作。既能用于照明，又能用于通信，而且還具有通信速率高、保密性強(qiáng)、準(zhǔn)確率高、成本低以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

目前，一般的智能會(huì)議室改造控制燈光開關(guān)是通過給發(fā)光二極管（LED）等增加1 個(gè)無線控制模塊（Wi-Fi、藍(lán)牙等），LED 只作為1 個(gè)終端，由云端服務(wù)器下發(fā)控制指令，控制LED 開和關(guān)?？梢姽馔ㄐ诺囊耄粌H使LED 能作為1 個(gè)終端燈，還能將云端的信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光信號發(fā)送出去。接收端是一個(gè)高精度光敏傳感器，能將光信號解碼得到原始信號，實(shí)現(xiàn)對VLC 設(shè)備的控制、傳輸信息到VLC 設(shè)備顯示等。

1.2 電力線通信

電力線載波（Power Line Carrier，PLC）通信，顧名思義是一種利用電線來傳輸數(shù)據(jù)的通信方式，在現(xiàn)有的電力線布局下，無線土方施工不需要額外布線布網(wǎng)，即可快速廉價(jià)地實(shí)現(xiàn)通信功能部署。電力線載波通信在調(diào)制端先把數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，并把載有數(shù)據(jù)信息的高頻信號加載到電力線的電流中，然后通過電力線傳輸?shù)侥康牡丶赐ㄐ沤邮諗?shù)據(jù)端，接收數(shù)據(jù)端通過濾波處理后，將通信數(shù)據(jù)取出，經(jīng)過解調(diào)等一系列數(shù)據(jù)處理，還原原始通信數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

1.3 電力線通信與可見光通信融合通信

電力線通信與可見光通信融合通信必須使用室內(nèi)廣泛覆蓋的電力線作為通信骨干網(wǎng)，所有的可見光通信LED 等均接入室內(nèi)電力線，便可實(shí)現(xiàn)相互通信。同時(shí)電力線作為骨干網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)通過網(wǎng)關(guān)通信，通過電力線骨干網(wǎng)，可見光通信LED 也可實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)通信。目前有很多集成PLC-VLC 系統(tǒng)融合方案，KOMINE 等提出了一個(gè)集成的PLC-VLC 系統(tǒng)，并對二進(jìn)制調(diào)制方案的誤碼率進(jìn)行了分析；李敏等提出了一種PLC-VLC 融合的多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)；趙大明等對PLCVLC深度融合通信技術(shù)的研究，為解決無線通信面臨的頻譜短缺問題，滿足盲區(qū)覆蓋和綠色節(jié)能等重大社會(huì)需求提供了一種可行的方法。

2 智能會(huì)議系統(tǒng)整體架構(gòu)

基于VLC+PLC 的智能會(huì)議系統(tǒng)整體框架如圖1 所示，整體框架包括云端部分、PLC 部分、VLC 部分。

圖1 系統(tǒng)整體框架

首先，云端通過互聯(lián)網(wǎng)與個(gè)人電腦、手機(jī)、PLC 網(wǎng)關(guān)連接，云端作為整個(gè)系統(tǒng)的“大腦”，滿足智能會(huì)議系統(tǒng)智能化定制要求，接收來自各個(gè)終端設(shè)備的狀態(tài)信息，并實(shí)現(xiàn)顯示到個(gè)人終端設(shè)備如個(gè)人電腦、手機(jī)等；同樣云端也通過網(wǎng)絡(luò)接收來自各個(gè)終端設(shè)備或其他云端服務(wù)發(fā)過來的控制信息，并將控制信息下發(fā)到終端設(shè)備。

其次，PLC 網(wǎng)關(guān)通過PLC 與PLC 的終端設(shè)備如PLC 智能開關(guān)、PLC 智能插座連接，實(shí)現(xiàn)對PLC 智能設(shè)備的控制與信息傳遞；PLC 部分是整個(gè)智能會(huì)議系統(tǒng)的骨干網(wǎng)絡(luò), 不僅連接云端系統(tǒng)，還連接PLC-VLC 網(wǎng)關(guān)，進(jìn)而連接到VLC 設(shè)備。

最后，LED 作為一個(gè)PLC-VLC 的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，把PLC 信號轉(zhuǎn)換為可見光通信信號與各個(gè)VLC 設(shè)備終端連接，傳遞信息到VLC 設(shè)備。

2.1 基于PLC的智能設(shè)備

PLC 設(shè)備包括1 個(gè)PLC 網(wǎng)關(guān)，若干個(gè)PLC 終端設(shè)備。PLC 網(wǎng)關(guān)把Internet 網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)換為PLC 信號，通過電力線通信把信號轉(zhuǎn)遞給PLC 終端設(shè)備，如圖2 所示。PLC 終端一般是能直接連接電線的設(shè)備如插座、有線開關(guān)、門牌等，云端通過PLC 網(wǎng)關(guān)和電線直接控制終端設(shè)備。

圖2 PLC設(shè)備連接圖

2.2 基于VLC的智能設(shè)備

VLC 設(shè)備包括1 個(gè)PLC 轉(zhuǎn)VLC 信號的LED、若干不需要長供電的傳感器設(shè)備、會(huì)議室中需要保障信息安全的與會(huì)議相關(guān)的設(shè)備如VLC 電視機(jī)、VLC 電子桌牌、VLC 會(huì)議電話、VLC 手持設(shè)備等。

基于可見光通信的智能桌牌可以通過個(gè)人電腦用戶端下發(fā)刷新桌牌內(nèi)容，云端運(yùn)行智能會(huì)議桌牌管理系統(tǒng)，預(yù)定會(huì)議室時(shí)，預(yù)定人員在后臺(tái)會(huì)議桌牌管理系統(tǒng)錄入相關(guān)參會(huì)人員名單及位置，當(dāng)會(huì)議開始時(shí)，LED 燈第一次打開后，后臺(tái)就會(huì)馬上同步本次會(huì)議的參會(huì)人員名單到智能桌牌上，參會(huì)人員根據(jù)桌牌對號入座；

基于可見光通信的電視機(jī)是在電視機(jī)上內(nèi)置了1 塊接收可見光信號的光敏傳感器，LED 燈打開之后，光敏傳感器接收到光源信號，打開電視機(jī)。最重要的是，當(dāng)需要電視機(jī)播放會(huì)議視頻或?qū)崟r(shí)會(huì)議視頻的時(shí)候，VLC 電視機(jī)可將攜帶視頻的可見光信號轉(zhuǎn)換為視頻信號進(jìn)行播放。

基于可見光通信的會(huì)議功放原理與VLC 電視機(jī)的原理類似，會(huì)議電話接收到攜帶語音信號的可見光信號，將其轉(zhuǎn)換為語音信號播出。

圖3 VLC電視機(jī)

3 智能會(huì)議系統(tǒng)開會(huì)離會(huì)流程

開會(huì)場景的軟件整體流程如圖4 所示。

圖4 會(huì)議場景流程圖

3.1 智能開會(huì)場景

在會(huì)議開始之前，相關(guān)人員通過個(gè)人電腦在智能會(huì)議系統(tǒng)管理后臺(tái)配置下次會(huì)議信息，包括相關(guān)人員信息，會(huì)議開始時(shí)間、會(huì)議主題等。在開會(huì)前15 min，開會(huì)時(shí)間和開會(huì)主題信息提前顯示在智能會(huì)議門牌上。

當(dāng)有人進(jìn)入會(huì)議室時(shí)，會(huì)議室的PLC 人體存在傳感器檢測到有人并通過PLC 通道傳遞到云端服務(wù)器，云端隨即觸發(fā)開會(huì)場景，通過電力線通信打開會(huì)議室LED 燈、打開空調(diào)、智能開關(guān)、智能插座、關(guān)窗簾等連接到電力線的設(shè)備，LED 打開之后即可進(jìn)行VLC 通信，通過可見光打開電視機(jī)、同步桌牌信息等。

在會(huì)議進(jìn)行中，與會(huì)議內(nèi)容相關(guān)的信息都是通過VLC 傳輸?shù)浇K端，如視頻、音頻、會(huì)議資料等都是VLC 投遞到會(huì)議電視機(jī)。

3.2 智能離會(huì)場景

在開會(huì)場景下，智能人體存在傳感器會(huì)持續(xù)堅(jiān)持會(huì)議室有無人存在，等會(huì)議結(jié)束后或者無人存在時(shí)，人體存在傳感器檢測到無人狀態(tài)，即可通知云端觸發(fā)離會(huì)場景，云端首先通過可見光LED 關(guān)閉電視機(jī)、智能桌牌等VLC 設(shè)備，然后關(guān)閉智能開關(guān)、智能插座、智能空調(diào)等VLC設(shè)備，最后關(guān)閉LED燈，恢復(fù)到開會(huì)前的狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本文技術(shù)在詳細(xì)闡述了融合PLC 和VLC 的智能會(huì)議系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過程，展示了融合PLC 和VLC 在會(huì)議室智能化改造中的可行性、可靠性和安全性，證明融合PLC 和VLC 通信技術(shù)在智能會(huì)議系統(tǒng)中具有相當(dāng)大的應(yīng)用優(yōu)勢。融合PLC+VLC 通信技術(shù)作為一種新型的通信方式，必然會(huì)越來越多地應(yīng)用到我們生活的方方面面。融合PLC+VLC 技術(shù)在智慧人居、智慧園區(qū)、管道勘探、智慧城市、高速公路等場景有重大的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧聰.淺析無線光通信傳輸與接入[J].中國新通信,2015(3):44-49.

[2] 宋哲,周雷,呂振彬,等.基于LED的室內(nèi)光無線通信系統(tǒng)研究與硬件設(shè)計(jì)[J].中國新通信,2014(17):51-58.

[3] 李亮.基于VLC-PLC的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)及其在門禁中的應(yīng)用[D].桂林:桂林電子科技大學(xué),2020.

[4] 李洪民.電力線通信技術(shù)及其應(yīng)用[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用, 2013(6):42.

[5] 曹惠彬.電力線通信(PLC)技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)通信,2004,1:36-44.

[6] 孫幫成,丁文伯,閆陽天,等. PLC和VLC 融合的車廂內(nèi)寬帶視頻服務(wù)系統(tǒng)[J].電視技術(shù), 2015, 9(11):47-54.

[7] 楊康,趙黎.基于VLC和PLC的智慧照明系統(tǒng)[J].廣電技術(shù)與應(yīng)用,2019,40 (12): 72-75.

[8] 陳夢遲, 等.PLC與VLC融合通信系統(tǒng)中的信道估計(jì)技術(shù)分析[J].光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù),2017,1(2):3-5.

[9] 張富紅.基于LED的高速可見光通信探析[J].中國新通信,2019(19):18-29.

[10] 楊建朋.室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究與探討[J].中國新通信,2018(14):43-46.

[11] 陳偉,高勝凱,戚海洋.LED可見光無線通信的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J].中國新通信,2015(9):25-33.

[12] KOMINE T,NAKAGAWA M. Integrated system of white LED visible light communication and power-line communication[J].IEEE Transaction on Consumer Electronics,2003,49(1):71-79.

（本文來源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年4月期）