[發明專利]一種基于CDMA調制的室內可見光異步定位方法和系統

在審

• 申請號: 201710027183.X
• 申請日: 2017-01-16
• 公開（公告）號: CN106921459A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 文尚勝;黃瑞怡;關偉鵬;陳昊;陳穎聰
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04J13/00
• 分類號: H04J13/00;H04B10/556;H04B10/116;G01S5/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及可見光通信技術，特別涉及一種基于CDMA調制的室內可見光異步定位方法和系統。

背景技術

目前，全球定位系統作為一種精確定位的導航系統，在各領域均得到了廣泛應用，如交通、測繪等行業。其應用在室外定位時可展現高精度、高效益的工作，但對于室內定位，由于無線電磁干擾等，在一定程度上影響了其定位質量，使之應用產生了一定的限制。

近年來，基于可見光通信(visible light communication，VLC)的室內定位系統快速發展，隨著智能手機與平板電腦的興起，VLC室內定位技術的實現具有了更大的可能，其具有高保密性、抗干擾能力強、通信質量好、兼顧通信與照明等優點。可見光的定位方法是基于VLC的室內定位技術，通過將人眼識別不到的高頻信號加載到LED燈具上，來傳輸定位相關的信息。VLC定位技術可以利用攝像頭作為接入端，通過運行相應的軟件，捕捉LED燈具的信號，實現接收端的定位。但是，用于定位的傳統VLC算法如到達時間法、到達時間差法、到達信號角度法等需要接收端與發射端設備時鐘的嚴格同步，從而需要智能設備不斷分析捕獲的視頻信號，導致智能設備的高功耗，將縮短電池壽命，且成本較高。雖然另外的定位算法如接收信號強度法(received signal strength,RSS)不需要其時鐘同步，但在現今的多種VLC定位算法中，傳統的RSS三角定位算法由于多徑效應導致的碼間干擾，使定位的精度得不到有效的保障。

發明內容

為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于提出了一種基于CDMA調制的室內可見光異步定位方法，將發送端的LED燈具發出的可見光ID信號利用CDMA調制技術，經設計過的PN碼序列進行相應的擴頻處理，在接收端通過相同的PN碼，對接收信號進行解擴，從而實現異步接收的室內可見光通信定位技術。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種基于CDMA調制的室內可見光異步定位方法，其包括以下步驟：

步驟1、對LED燈具的原始ID信息進行OOK調制，形成基帶調制信號；

步驟2、采用擴頻碼對所述基帶調制信號進行擴頻，獲得擴頻信號；

步驟3、所述擴頻信號經LED驅動電路驅動位于室內天花板的LED燈具發出可見光信號；

步驟4、智能設備通過攝像頭捕捉所述可見光信號，光信號通過光電轉換器轉變為電信號；

步驟5、通過解擴及信息解調獲得LED燈具的原始ID信息，結合RSS三角定位算法，最終得出接收端精準的位置坐標。

進一步地，所述步驟2包括以下步驟：

步驟21、所述擴頻碼由PN碼序列組成；

步驟22、給LED燈具分配設定的PN碼序列，任意相鄰的兩個燈具的PN碼序列接近無關，至少需要5個不同的擴頻碼，以區分相鄰的LED燈具；

步驟23、每個LED的原始ID信息與PN碼序列相乘得到擴頻信號，通過擴頻碼序列對信號的調制實現頻譜擴展，原始ID信息被擴展到較寬的頻帶；每個LED燈可在時間周期內傳送特殊的ID信息，實現異步多址通信。

進一步地，所述步驟5包括以下步驟：

步驟51、接收端產生與發送端一致的PN碼序列，對電信號進行解擴；

步驟52、對解擴信號進行信息解調，恢復出原始ID信息，得到接收信號強度；

步驟53、通過RSS三角定位算法，經計算得到接收端與發送端的距離，以三個LED燈具為基本單位，可得出接收端的位置坐標。

進一步地，所述步驟5中的RSS三角定位算法計算包括以下步驟：

步驟51、測量出發送端到接收端的距離d_i、輻射角和入射角ψ_i，接收端到天花板的距離h以及接收端的面積A_R；

步驟52、發送端和接收端的信道增益Hi可表示為：

其中，m表示朗伯發光階數，可表示為是LED燈具的半功率角，Ψc是接收端的視場角；

步驟53、假設接收面垂直向上，則故(1)式可化為：

其中r_i

為接收端到發送端的距離；

步驟54、假設發射LED裝置的信號為Si(t)，則該接收信號強度R(t)可以表示為：

其中，N(t)為高斯噪聲；H_i為(2)式所指的信道增益，下標i＝1,2,3,4，分別代表四個LED燈具TX1，TX2，TX3，TX4；