[发明专利]一种基于CDMA调制的室内可见光异步定位方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信技术，特别涉及一种基于CDMA调制的室内可见光异步定位方法和系统。

背景技术

目前，全球定位系统作为一种精确定位的导航系统，在各领域均得到了广泛应用，如交通、测绘等行业。其应用在室外定位时可展现高精度、高效益的工作，但对于室内定位，由于无线电磁干扰等，在一定程度上影响了其定位质量，使之应用产生了一定的限制。

近年来，基于可见光通信(visible light communication，VLC)的室内定位系统快速发展，随着智能手机与平板电脑的兴起，VLC室内定位技术的实现具有了更大的可能，其具有高保密性、抗干扰能力强、通信质量好、兼顾通信与照明等优点。可见光的定位方法是基于VLC的室内定位技术，通过将人眼识别不到的高频信号加载到LED灯具上，来传输定位相关的信息。VLC定位技术可以利用摄像头作为接入端，通过运行相应的软件，捕捉LED灯具的信号，实现接收端的定位。但是，用于定位的传统VLC算法如到达时间法、到达时间差法、到达信号角度法等需要接收端与发射端设备时钟的严格同步，从而需要智能设备不断分析捕获的视频信号，导致智能设备的高功耗，将缩短电池寿命，且成本较高。虽然另外的定位算法如接收信号强度法(received signal strength,RSS)不需要其时钟同步，但在现今的多种VLC定位算法中，传统的RSS三角定位算法由于多径效应导致的码间干扰，使定位的精度得不到有效的保障。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提出了一种基于CDMA调制的室内可见光异步定位方法，将发送端的LED灯具发出的可见光ID信号利用CDMA调制技术，经设计过的PN码序列进行相应的扩频处理，在接收端通过相同的PN码，对接收信号进行解扩，从而实现异步接收的室内可见光通信定位技术。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种基于CDMA调制的室内可见光异步定位方法，其包括以下步骤：

步骤1、对LED灯具的原始ID信息进行OOK调制，形成基带调制信号；

步骤2、采用扩频码对所述基带调制信号进行扩频，获得扩频信号；

步骤3、所述扩频信号经LED驱动电路驱动位于室内天花板的LED灯具发出可见光信号；

步骤4、智能设备通过摄像头捕捉所述可见光信号，光信号通过光电转换器转变为电信号；

步骤5、通过解扩及信息解调获得LED灯具的原始ID信息，结合RSS三角定位算法，最终得出接收端精准的位置坐标。

进一步地，所述步骤2包括以下步骤：

步骤21、所述扩频码由PN码序列组成；

步骤22、给LED灯具分配设定的PN码序列，任意相邻的两个灯具的PN码序列接近无关，至少需要5个不同的扩频码，以区分相邻的LED灯具；

步骤23、每个LED的原始ID信息与PN码序列相乘得到扩频信号，通过扩频码序列对信号的调制实现频谱扩展，原始ID信息被扩展到较宽的频带；每个LED灯可在时间周期内传送特殊的ID信息，实现异步多址通信。

进一步地，所述步骤5包括以下步骤：

步骤51、接收端产生与发送端一致的PN码序列，对电信号进行解扩；

步骤52、对解扩信号进行信息解调，恢复出原始ID信息，得到接收信号强度；

步骤53、通过RSS三角定位算法，经计算得到接收端与发送端的距离，以三个LED灯具为基本单位，可得出接收端的位置坐标。

进一步地，所述步骤5中的RSS三角定位算法计算包括以下步骤：

步骤51、测量出发送端到接收端的距离d_i、辐射角和入射角ψ_i，接收端到天花板的距离h以及接收端的面积A_R；

步骤52、发送端和接收端的信道增益Hi可表示为：

其中，m表示朗伯发光阶数，可表示为是LED灯具的半功率角，Ψc是接收端的视场角；

步骤53、假设接收面垂直向上，则故(1)式可化为：

其中r_i

为接收端到发送端的距离；

步骤54、假设发射LED装置的信号为Si(t)，则该接收信号强度R(t)可以表示为：

其中，N(t)为高斯噪声；H_i为(2)式所指的信道增益，下标i＝1,2,3,4，分别代表四个LED灯具TX1，TX2，TX3，TX4；