一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法及系统，属于无线光通信技术领域，包括：获取由LED阵列发出的光信号转换来的接收信号；对接收信号进行快速傅里叶变换和频域均衡得到均衡信号，根据均衡信号计算比例因子估计值，根据比例因子估计值计算得到OFDM中子载波的判决量从而判决出发送的信号，完成可见光通信；对接收信号进行计算得到平均接收光强，将平均接收光强输入预设的定位模型得到接收机中心位置坐标，完成定位；将可见光通信和定位功能有机融合，能够同时实现可见光通信和室内精准定位，且两者不会互相影响，且有效提升了适用性。提升了适用性。提升了适用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法及系统，属于无线光通信


技术介绍

[0002]可见光通信利用发光二极管(LED)发射的照明光线进行通信，具有通信速率高、无电磁干扰等诸多优势，是一种绿色环保的无线通信方式；基于照明的LED设备，可以实现可见光室内定位，相较传统的卫星定位，这种定位方法在室内具有更高的精准度，且无需投入大量定位基础设施，节省了定位系统的成本，呈现出广阔的应用前景。
[0003]目前，在可见光通信和定位方面，已经积累了一定的研究成果；在可见光通信方面，为了实现高速的数据通信，正交频分复用(OFDM)被广泛地采用，OFDM是一种多载波调制方式，具有频谱效率高、能够有效对抗码间干扰等诸多优势，因而备受青睐；针对可见光通信领域的IM/DD方式，已形成了多种专门的OFDM调制体制，常用的OFDM方案包括直流偏置光OFDM(DCO
‑
OFDM)、非对称限幅OFDM(ACO
‑
OFDM)等；在基于可见光通信的室内定位方面，也取得了一定的研究进展，目前常用的可见光定位方法包括接收信号强度(RSS)算法、到达时间(TOA)算法、到达时间差(TDOA)算法、到达角度(AOA)算法等；虽然在可见光通信和定位两个方面均取得了一定的成果，但大部分研究只能实现通信或定位单一的功能，割裂了通信和定位两个功能；在现有的智能终端中，通信和定位是不可或缺的两个重要功能，因此，需要将可见光通信和定位有机地融合在一个系统中；此外，在现有的室内定位算法中，通常需要依赖于多个LED阵列实现定位，无法适用于单个LED阵列的情况，且理想地将发光二极管(LED)阵列视作点进行定位，在室内环境中，接收机距离LED的距离通常较小，因此，将LED阵列当作点进行处理会降低定位的精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法及系统，将可见光通信和定位功能有机融合，能够同时实现可见光通信和室内精准定位，且两者不会互相影响，且有效提升了适用性。
[0005]为实现以上目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法，包括：
[0007]获取由LED阵列发出的光信号转换来的接收信号；
[0008]对接收信号进行快速傅里叶变换和频域均衡得到均衡信号，根据均衡信号计算比例因子估计值，根据比例因子估计值计算得到OFDM中子载波的判决量从而判决出发送的信号，完成可见光通信；
[0009]对接收信号进行计算得到平均接收光强，将平均接收光强输入预设的定位模型得到接收机中心位置坐标，完成定位。
[0010]结合第一方面，进一步的，所述光信号通过以下方法得到：
[0011]获取OFDM中子载波上的频域信号并对其进行快速傅里叶变换得到时域信号，对时域信号进行非负性处理得到非负性信号，将非负性信号乘以比例因子后输入LED阵列，得到光信号；
[0012]所述OFDM中第1个子载波上的频域信号通过以下方法得到：
[0013]Q1＝1+j
[0014]其中，Q1为第1个子载波上的频域信号，j为虚数单位。
[0015]结合第一方面，进一步的，所述比例因子通过以下方法得到：
[0016][0017]其中，α是比例因子，N是OFDM中子载波的数目，P
T
是目标平均光强，d
k
是非负性信号。
[0018]结合第一方面，进一步的，对接收信号进行快速傅里叶变换和频域均衡得到均衡信号：
[0019]对接收信号进行快速傅里叶变换产生接收端的频域信号，对接收端的频域信号进行频域均衡得到均衡信号：
[0020][0021]其中，W
i(m)
是第m个光电检测器件对应的均衡信号，是第m个光电检测器件对应的频域信号，是第i个子载波上光源至第m个光电检测器件的信道增益。
[0022]结合第一方面，进一步的，根据均衡信号计算比例因子估计值：
[0023][0024]其中，是比例因子估计值，N
R
是光电检测器件的数目，Re(W
1(m)
)是第m个光电检测器件中第1个子载波对应的均衡信号的实数部分，Im(W
1(m)
)是第m个光电检测器件中第1个子载波对应的均衡信号的虚数部分。
[0025]结合第一方面，进一步的，根据比例因子估计值计算得到子载波的判决量：
[0026][0027]其中，p
i
是子载波的判决量，N
R
是光电检测器件的数目，是比例因子估计值，W
i(m)
是第m个光电检测器件对应的均衡信号。
[0028]结合第一方面，进一步的，对接收信号进行计算得到平均接收光强，采用M个时刻的接收信号进行平均接收光强的计算：
[0029][0030]其中，P
m
是平均接收光强，是第m个光电检测器件的第k个时刻的接收信号。
[0031]结合第一方面，进一步的，将平均接收光强输入预设的定位模型得到接收机中心位置坐标：
[0032]通过平均接收光强分别计算出关于a
t
‑1，b
t
‑1，c
t
‑1的梯度值，接收机中心位置坐标的更新方法如下：
[0033][0034][0035][0036]其中，第t
‑
1次循环后接收机中心位置坐标为(a
t
‑1，b
t
‑1，c
t
‑1)，第t次循环后接收机中心位置坐标为(a
t
，b
t
，c
t
)，s
t
表示第t次循环的步长，当满足时，停止循环，ε是预设坐标精度，是关于a
t
‑1的梯度值，是关于b
t
‑1的梯度值，是关于c
t
‑1的梯度值。
[0037]第二方面，本专利技术还提供了一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化系统，包括：
[0038]接收信号获取模块：用于获取由LED阵列发出的光信号转换来的接收信号；
[0039]可见光通信模块：用于对接收信号进行快速傅里叶变换和频域均衡得到均衡信号，根据均衡信号计算比例因子估计值，根据比例因子估计值计算得到OFDM中子载波的判决量从而判决出发送的信号，完成可见光通信；
[0040]定位模块：用于对接收信号进行计算得到平均接收光强，将平均接收光强输入预设的定位模型得到接收机中心位置坐标，完成定位。
[0041]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0042]本专利技术提供的一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法及系统，通过计算OFDM中子载波的判决量判决出发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法，其特征在于，包括：获取由LED阵列发出的光信号转换来的接收信号；对接收信号进行快速傅里叶变换和频域均衡得到均衡信号，根据均衡信号计算比例因子估计值，根据比例因子估计值计算得到OFDM中子载波的判决量从而判决出发送的信号，完成可见光通信；对接收信号进行计算得到平均接收光强，将平均接收光强输入预设的定位模型得到接收机中心位置坐标，完成定位。2.根据权利要求1所述的一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法，其特征在于，所述光信号通过以下方法得到：获取OFDM中子载波上的频域信号并对其进行快速傅里叶变换得到时域信号，对时域信号进行非负性处理得到非负性信号，将非负性信号乘以比例因子后输入LED阵列，得到光信号；所述OFDM中第1个子载波上的频域信号通过以下方法得到：Q1＝1+j其中，Q1为第1个子载波上的频域信号，j为虚数单位。3.根据权利要求2所述的一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法，其特征在于，所述比例因子通过以下方法得到：其中，α是比例因子，N是OFDM中子载波的数目，P
T
是目标平均光强，d
k
是非负性信号。4.根据权利要求1所述的一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法，其特征在于，对接收信号进行快速傅里叶变换和频域均衡得到均衡信号：对接收信号进行快速傅里叶变换产生接收端的频域信号，对接收端的频域信号进行频域均衡得到均衡信号：其中，W
i(m)
是第m个光电检测器件对应的均衡信号，是第m个光电检测器件对应的频域信号，是第i个子载波上光源至第m个光电检测器件的信道增益。5.根据权利要求4所述的一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法，其特征在于，根据均衡信号计算比例因子估计值：其中，是比例因子估计值，N
R
是光电检测器件的数目，Re(W
1(m)
)是第m个光电检测器件中第1个子载波对应的均衡信号的实数部分，Im(W
1(m)
)是第m个光电检测器件中第1个子载波对应的均衡信号的虚数部分。6.根据权利要求5所述的一种基于OFDM的可见光通信与定位一体化方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宝龙，陆波，丁文杰，陈佳伟，
申请(专利权)人：中科怡海高新技术发展江苏股份公司，
类型：发明
国别省市：