[发明专利]基于机器学习和OFDM的室内可见光通信定位方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于机器学习和OFDM的室内可见光通信定位方法及系统,包括：将中大型室内平面划分成多个相连的子区域，在每一个子区域上分配多个LED设备，且多个LED设备分别固定在所述子区域的顶点上，且相邻的子区域共用LED设备，其中所述LED设备设有身份信息；将需要发送的二进制数据流进行正交幅度调制，然后将通信数据和身份信息数据分别放置在各自分配的子载波上，并对通信数据进行STBC编码；对经过上述处理后的数据进行直流偏置光正交频分复用调制；将在同一子区域内的多个LED设备上的各自数据以光信号的形式发送，且光信号经过自由空间传输后发送至接收机，通过所述接收机接收。本发明不但简单，而且可靠性高。

技术领域

本发明涉及光通信的技术领域，尤其是指一种基于机器学习和OFDM的室内可见光通信定位方法及系统。

背景技术

随着经济和现代技术的不断发展，人们在室内的活动空间越来越庞大和复杂，对导航和定位服务的需求也日益增大，因此定位技术受到广泛关注。目前最常用的室外定位技术有全球定位系统和北斗导航定位系统，这些定位技术在室外的定位结果较好，但由于卫星定位信号难以穿透大型建筑，所以在室内的定位效果较差。为了实现精度较高的室内定位，一些室内定位技术陆续被提出，如红外线、超声波、射频识别(RFID)、无线局域网(WLAN)、蓝牙(Bluetooth)和超宽带(UWB)等。然而，采用上述的技术手段实现定位时，需要搭建复杂的定位设施环境，不仅成本高，定位精度有限，安全性也得不到有效保障。近年来，随着固态照明技术的迅速发展，新一代照明发光二极管(Light-Emitting Diode,LED)以其亮度高、寿命长、响应时间短、成本低等多方面优势正大规模取代传统的白炽灯和节能灯来提供照明。此外，经过科研人员的研究发现利用LED的高速闪烁特性，可以在室内实现短距离的高速无线通信。基于LED的室内可见光通信作为一种新兴的无线通信方式，在电磁辐射、使用环境、安全性等方面与射频无线通信方式相比有明显的优势，能够同时实现照明与通信的双重功能。由于可见光通信(Visible Light Communication,VLC)的诸多优点，VLC系统得到广泛关注和研究，为了进一步开发和提升VLC系统的功能，随后出现利用可见光通信实现室内定位的相关技术，与上述传统的定位技术相比，基于可见光通信的定位技术具有定位精度高、保密性好、成本低等优点。由于这些原因，利用可见光通信实现室内定位被认为是一种高效的方案。

在VLC系统中，信号发生器产生的信号经过LED驱动电路并加载到LED照明设备上，通过控制LED的亮暗来实现信号的传输。在VLC中，常用的信号调制技术有通断键控(On-OffKeying,OOK)、脉冲幅度调制(Pulse Positioning Modulation,PPM)、无载波调制(Carrier-less Amplitude and Phase,CAP)和正交频分复用技术(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)。其中，CAP和OFDM调制技术都能够在有限的带宽条件下实现高频谱效率的高速传输，而OFDM由于其可有效对抗频率选择性衰落而被广泛应用。

目前基于白光LED实现室内可见光定位的方法主要分为四大类：几何测量法，场景分析法、近似感知法和图像传感器成像法。几何测量法和近似感知法实施相对简单，但是定位精度较低。场景分析法又称为指纹定位法，需要建立指纹库，指纹库中的样本越丰富则定位的精度越高。但该方法的查找匹配数据过程比较耗时，而且算法的适应性较差，一旦室内场景发生变换，其定位精度会受到很大影响。图像传感器成像法则利用光学照相机进行定位，精度相对较高，但其算法复杂度较高，运算时间久，且利用相机实现通信的速度和可靠性较低。当在大型室内环境情况下，需求的定位区域很大时，仅凭一组LED无法完成整个定位区域的定位任务。所以在大型定位场景下需要部署更多的LED发光设备，并利用LED的布局将整个定位区域划分成多个子定位区域，当接收机到达某个子区域内时，利用属于该子区域内的LED设备发送的数据进行通信和定位。