本發(fā)明涉及可見光通信定位技術(shù)，特別涉及一種CDMA編碼方式。
背景技術(shù)：
：可見光通信技術(shù)(VisibleLightCommunication，VLC)是指利用可見光波段的光作為信息載體，無需光纖等有線信道的傳輸介質(zhì)，在空氣中直接傳輸光信號的通信方式?？梢姽馔ㄐ偶夹g(shù)應(yīng)用于室內(nèi)定位技術(shù)中與傳統(tǒng)的室內(nèi)定位技術(shù)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，如定位精度高、無電磁干擾、附加模塊少、保密性好、兼顧通信與照明等，在國際上引起了許多專家學(xué)者的關(guān)注?？梢姽馐覂?nèi)定位系統(tǒng)中至少需要知道三個(gè)參考節(jié)點(diǎn)的位置，而不同參考點(diǎn)信源所發(fā)出的ID定位信息在時(shí)域和頻域上一般是重疊的，且會(huì)由于多徑效應(yīng)的存在而產(chǎn)生碼間干擾，進(jìn)而大大限制了定位的精度。在CDMA擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)中不同用戶傳輸信息所用的信號不是依據(jù)頻率不同或時(shí)隙不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分。如果從頻域或時(shí)域來觀察，多個(gè)CDMA信號是互相重疊的，接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號中檢出其中使用預(yù)定碼型的信號，其它使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)，從而解決可見光室內(nèi)定位中的碼間干擾問題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的目的在于提出一種CDMA編碼方式，解決碼間干擾問題的同時(shí)，大大簡化了系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度，同時(shí)提升了定位的精度。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。一種基于可見光室內(nèi)定位的CDMA編碼方法，其包括以下步驟：步驟1、加載到每個(gè)LED上的定位信息，經(jīng)過OOK基帶調(diào)制后形成帶寬為B1的基帶調(diào)制信號；步驟2、所述的基帶調(diào)制信號經(jīng)PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的PN碼進(jìn)行直接相乘的擴(kuò)頻操作后，形成帶寬為B2的擴(kuò)頻信號，其中B2遠(yuǎn)大于B1；步驟3、所述擴(kuò)頻信號經(jīng)過LED驅(qū)動(dòng)電路后形成可見光信號；步驟4、所述光信號由光電檢測器件轉(zhuǎn)化為電信號經(jīng)過放大電路以及自適應(yīng)濾波器處理后形成解擴(kuò)前的信號；步驟5、接收端產(chǎn)生與發(fā)送端相位一致的PN碼與所述解擴(kuò)前的信號進(jìn)行解擴(kuò)處理，實(shí)現(xiàn)出ID信息的解擴(kuò)還原。進(jìn)一步地，所述步驟1中的OOK基帶調(diào)制是載波的振幅隨著數(shù)字基帶信號(數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制)而變化的數(shù)字調(diào)制。進(jìn)一步地，所述步驟2中的PN碼產(chǎn)生器：采用m序列作為信道編碼，Walsh序列作為地址編碼，其中一組具有相關(guān)性的二進(jìn)制Walsh序列能通過哈達(dá)瑪矩陣產(chǎn)生。進(jìn)一步地，所述步驟5包括以下步驟：步驟5.1、通過內(nèi)置的同步電路來捕捉LED燈具所發(fā)射的PN碼的準(zhǔn)確相位；步驟5.2、由所獲得的PN碼相位經(jīng)PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生同樣的PN碼和解擴(kuò)前信號相乘形成初解擴(kuò)信號；步驟5.3、令所述初解擴(kuò)信號在一個(gè)ID信息碼長上對ID信息符號進(jìn)行積分；步驟5.4、積分后的信號經(jīng)過抽樣判決后獲得相應(yīng)LED所發(fā)射的ID信息。本發(fā)明主要包括信道化編碼，基站碼和用戶碼，加載到LED上的ID信息流經(jīng)過OOK基帶調(diào)制后通過和用戶特定的PN碼相乘進(jìn)行擴(kuò)頻，在接收端通過自適應(yīng)濾波器后，與同樣的PN碼相乘實(shí)現(xiàn)解擴(kuò)，然后把所獲得的輸出對ID信息符號進(jìn)行積分，再經(jīng)過抽樣判決后，即可獲得每個(gè)LED燈具所發(fā)射的ID信息。所述PN碼采用m序列作為信道的編碼，Walsh序列作為地址編碼。所述Walsh碼可以通過哈達(dá)瑪矩陣產(chǎn)生，生成一組具有良好相關(guān)性的二進(jìn)制序列。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：(1)本發(fā)明通過利用CDMA調(diào)制中擴(kuò)頻碼的正交性，在克服了碼間干擾的同時(shí)，增加了信道的容量，提升了通信質(zhì)量。(2)本發(fā)明使得發(fā)射端發(fā)射的信息不需要進(jìn)行同步發(fā)射的處理，大大簡化了系統(tǒng)控制的復(fù)雜程度，提升了定位的精度。附圖說明圖1為本發(fā)明基于CDMA調(diào)制的VLC定位系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)頻譜示意圖。圖3為本發(fā)明直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的原理框圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。如圖1所示一種可見光室內(nèi)定位系統(tǒng)，包括LED發(fā)射子系統(tǒng)、信道傳輸子系統(tǒng)和信號接收子系統(tǒng)。其中所述LED發(fā)射子系統(tǒng)具有：依次連接的OOK基帶調(diào)制模塊、CDMA擴(kuò)頻調(diào)制模塊、LED驅(qū)動(dòng)電路和LED燈具；所述信道傳輸子系統(tǒng)為室內(nèi)光信號傳輸自由空間；所述信號接收子系統(tǒng)具有：依次連接的光電檢測器件、信號放大電路、自適應(yīng)濾波電路和CDMA解擴(kuò)模塊。原始的ID信息經(jīng)過OOK基帶調(diào)制模塊后，形成基帶調(diào)制信號；所述基帶調(diào)制信號經(jīng)過CDMA擴(kuò)頻模塊后形成擴(kuò)頻信號；所述擴(kuò)頻信號經(jīng)過LED驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED燈具發(fā)射可見光信號；所述可見光信號經(jīng)過自由空間到達(dá)光電檢測器件；所述光電檢測器件將可見光信號轉(zhuǎn)換為電信號；所述電信號再依次經(jīng)過信號放大電路、自適應(yīng)濾波電路和CDMA解擴(kuò)模塊最終獲得ID信號以及空間傳播時(shí)信號的衰減因子；根據(jù)所述ID信號及衰減因子帶入計(jì)算公式即可獲得精確的位置信息。本實(shí)例的基于可見光室內(nèi)定位的CDMA編碼方法，其包括以下步驟：步驟1、加載到每個(gè)LED上的定位信息，經(jīng)過OOK基帶調(diào)制后形成帶寬為B1的基帶調(diào)制信號；步驟2、所述的基帶調(diào)制信號經(jīng)PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的PN碼進(jìn)行直接相乘的擴(kuò)頻操作后，形成帶寬為B2的擴(kuò)頻信號，其中B2遠(yuǎn)大于B1；步驟3、所述擴(kuò)頻信號經(jīng)過LED驅(qū)動(dòng)電路后形成可見光信號；步驟4、所述光信號由光電檢測器件轉(zhuǎn)化為電信號經(jīng)過放大電路以及自適應(yīng)濾波器處理后形成解擴(kuò)前的信號；步驟5、接收端產(chǎn)生與發(fā)送端相位一致的PN碼與所述解擴(kuò)前的信號進(jìn)行解擴(kuò)處理，實(shí)現(xiàn)出ID信息的解擴(kuò)還原。所述步驟1中的OOK基帶調(diào)制是載波的振幅隨著數(shù)字基帶信號(數(shù)字基帶信號為二進(jìn)制)而變化的數(shù)字調(diào)制。所述步驟2中的PN碼產(chǎn)生器：采用m序列作為信道編碼，Walsh序列作為地址編碼，其中一組具有相關(guān)性的二進(jìn)制Walsh序列能通過哈達(dá)瑪矩陣產(chǎn)生。所述步驟5包括以下步驟：步驟5.1、通過內(nèi)置的同步電路來捕捉LED燈具所發(fā)射的PN碼的準(zhǔn)確相位；步驟5.2、由所獲得的PN碼相位經(jīng)PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生同樣的PN碼和解擴(kuò)前信號相乘形成初解擴(kuò)信號；步驟5.3、令所述初解擴(kuò)信號在一個(gè)ID信息碼長上對ID信息符號進(jìn)行積分；步驟5.4、積分后的信號經(jīng)過抽樣判決后獲得相應(yīng)LED所發(fā)射的ID信息。如圖3所示，加載到每個(gè)LED上的ID定位信息通過與用戶特定的PN碼(PseudoNoiseCode)相乘進(jìn)行擴(kuò)頻操作；擴(kuò)頻操作位于OOK基帶調(diào)制之后和可見光信號形成之前。擴(kuò)頻調(diào)制主要分為擴(kuò)頻和加擾兩步，首先采用擴(kuò)頻碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，再將擾碼加載到擴(kuò)頻后的信號中。本實(shí)例采用m序列作為信道的編碼，Walsh序列作為地址編碼。一個(gè)長度為2n、具有2n個(gè)元素的Walsh碼可以通過哈達(dá)瑪矩陣(Hadamardmatrix)產(chǎn)生，如式所示：H2n=HnHnHnHn]]>其中，下標(biāo)n為哈達(dá)瑪矩陣的階數(shù)。二階的哈達(dá)瑪矩陣為：H2=0001H2=111-1]]>高階的哈達(dá)瑪矩陣可通過遞推關(guān)系得出，其中哈達(dá)瑪矩陣的每一列代表著一個(gè)Walsh序列，即生成一組具有良好相關(guān)性的二進(jìn)制序列滿足：<C→i·C→j>=Σk=1MCi,k*Cj,k=M,i=j0,i≠j]]><·>是內(nèi)積運(yùn)算，(·)*是共軛運(yùn)算，M是正交碼的長度。一般來說，正交碼的數(shù)目為M，系統(tǒng)所能容納的最多的不同的ID位置信息(即不同LED燈)數(shù)目也為M。不同LED燈具的ID位置信息流經(jīng)過OOK基帶調(diào)制后變成帶寬為B1的信號Si，然后不同的ID位置信息再由正交碼分別擴(kuò)頻調(diào)制成帶寬為B2的寬帶信號(B2>B1)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED發(fā)出可見光信號，在接收端第k個(gè)定位用戶的第n個(gè)ID位置信息符號的混合光信號如下式：Rn,k=Pr·(S1,nC1,k+S2,nC2,k+...+Sm,nCm,k)=Pr·Σi=1mSi,nCi,k]]>其中，Pr為接收端信號強(qiáng)度，Si,n為第i盞LED燈具發(fā)出的第n個(gè)ID信息符號，Ci，k為第i盞燈發(fā)出使用的第k個(gè)Walsh序列，而m為系統(tǒng)實(shí)際的LED燈具的數(shù)目，并且滿足1≤m≤M。由式(1)可得：第n個(gè)ID信息符號經(jīng)過第j(j＝1,2,…,m)個(gè)自適應(yīng)濾波器后的輸出為：所獲得的Yj,n再通過對ID信息符號進(jìn)行積分：Yj=Σn=1NYj,n]]>其中，N為ID位置信息的碼長；再經(jīng)過抽樣判決后，即可得到每個(gè)LED燈具所發(fā)射的ID信息并確定定位的位置區(qū)域以及獲得衰減因子H(0)，再通過RSS三角定位算法可以獲得定位區(qū)域內(nèi)精確的位置信息。進(jìn)一步地，由香濃公式C＝B*log2(1+S/N)可得：在擴(kuò)頻系統(tǒng)中由于信號帶寬增大了，可以在信道信噪比較低的情況下實(shí)現(xiàn)通信，這樣對于噪聲的抗干擾能力可大大增強(qiáng)；與此同時(shí)，通過接收端的解擴(kuò)操作(如圖2所示)，可以使干擾噪聲擴(kuò)展到較寬的頻帶內(nèi)，而有用信號恢復(fù)成窄帶信號，通過窄帶濾波器選取出有用的信號。從而解決了VLC定位系統(tǒng)中背景噪聲的干擾而影響定位質(zhì)量的問題。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的一種實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3