基于擴(kuò)頻技術(shù)的智能交通光信號接收系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明應(yīng)用在光通信傳輸領(lǐng)域的智能交通系統(tǒng)中，涉及到復(fù)雜交通環(huán)境下LED可見光通信，具體涉及一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的智能交通光信號接收系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能交通系統(tǒng)(IntelligentTransportat1n System，簡稱 ITS)是未來交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。在智能交通系統(tǒng)中智能交通燈的應(yīng)用使得道路資源利用更加充分、道路交通運(yùn)行更加順暢。基于室外可見光LED交通燈的無線通信系統(tǒng)研宄就是一種智能交通通信系統(tǒng)的靈活解決方案。利用LED交通燈發(fā)出的可見光，實現(xiàn)交通燈和車輛之間的實時單工通信。整個系統(tǒng)，僅需要在現(xiàn)有的交通燈設(shè)備上安裝簡單的發(fā)射電路模塊，同時在車輛上加載接收模塊，無需額外增加大型的接收發(fā)射設(shè)備，成本低、易于實現(xiàn)。LED通信與紅外光通信相比有很多的優(yōu)點:從室內(nèi)布局上，紅外光需另設(shè)紅外通信光源和線路，而LED可利用己有的室內(nèi)與樓內(nèi)配電線路，簡化了室內(nèi)線路布局；從發(fā)射功率上，紅外光的發(fā)射功率太大將對人的眼睛有危害，所以需限制紅外光的發(fā)射功率，這意味著通信距離受限，而用于照明光源的LED的發(fā)射功率則無需限制；從陰影效應(yīng)上，紅外光容易受其它遮擋物影響，而可見光通信可以通過安放多個LED燈來消除陰影效應(yīng)，因此，LED光通信被予以極大的關(guān)注。
[0003]目前可見光通信涉及眾多具體的研宄領(lǐng)域，在智能交通中LED光通信研宄熱點主要集中直射模型情況下提高傳輸速率和提高信噪比，主要目的是解決高速率的傳輸信息，并降低信息傳輸?shù)恼`碼率，然而智能交通中遮擋問題以及信號源的相互切換一直困擾著光通信在智能交通中的應(yīng)用。遮擋問題是指在交通擁擠的狀況下容易產(chǎn)生遮擋，導(dǎo)致靠后的車輛接收不到LED交通燈發(fā)來的信息，或者導(dǎo)致信息傳輸中斷。因此，遮擋問題也是基于LED交通燈通信系統(tǒng)中的一個難題。邊緣切換問題指的在復(fù)雜的交通環(huán)境下，交通路口經(jīng)常有多個發(fā)射源，如何在各個接收源之間進(jìn)行切換也是一個需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的智能交通光信號接收系統(tǒng)及其控制方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明通過擴(kuò)頻技術(shù)和PPM調(diào)制技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)了信號接收的自由切換，解決了遮擋的問題。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的智能交通光信號接收系統(tǒng)，包括擴(kuò)頻模塊:用于將發(fā)射端產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)與發(fā)射端擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器中產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼通過擴(kuò)頻運(yùn)算轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻序列；PPM調(diào)制模塊:用于將擴(kuò)頻序列轉(zhuǎn)換成PPM脈沖信號；驅(qū)動電路:用于接收PPM脈沖信號使LED光源發(fā)出光信號；光電檢測器:用于將光信號轉(zhuǎn)換成電信號；放大電路:用于將電信號放大得到放大電信號；去同步頭模塊:用于將放大電信號去除同步信息；PPM解調(diào)模塊:用于將去除同步信息后的放大電信號轉(zhuǎn)換成PPM解調(diào)后的擴(kuò)頻序列；相關(guān)峰值計算模塊:用于將PPM解調(diào)后的擴(kuò)頻序列與接收端擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻序列進(jìn)行相關(guān)得到相關(guān)峰值，并選出相關(guān)峰值最大的那組擴(kuò)頻序列；解擴(kuò)模塊:用于將相關(guān)峰值最大的那組擴(kuò)頻序列與PPM解調(diào)后的擴(kuò)頻序列進(jìn)行解擴(kuò)運(yùn)算，然后進(jìn)行低通濾波，輸出基帶信號，完成信息的傳輸。
[0007]一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的智能交通光信號接收系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:將發(fā)射端產(chǎn)生的基帶數(shù)據(jù)與發(fā)射端擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器中產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼通過擴(kuò)頻運(yùn)算轉(zhuǎn)換成擴(kuò)頻序列；
[0009]步驟二:將擴(kuò)頻序列轉(zhuǎn)換成PPM脈沖信號；
[0010]步驟三:控制PPM脈沖信號使LED光源發(fā)出光信號，然后將接收機(jī)接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并將電信號放大；
[0011]步驟四:將放大電信號去除同步信息后轉(zhuǎn)換成PPM解調(diào)后的擴(kuò)頻序列；
[0012]步驟五:將PPM解調(diào)后的擴(kuò)頻序列與接收端擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻序列進(jìn)行相關(guān)得到相關(guān)峰值，并選出相關(guān)峰值最大的那組擴(kuò)頻序列；
[0013]步驟六:將相關(guān)峰值最大的那組擴(kuò)頻序列與PPM解調(diào)后的擴(kuò)頻序列進(jìn)行解擴(kuò)運(yùn)算，然后進(jìn)行低通濾波，輸出基帶信號，完成信息的傳輸。
[0014]進(jìn)一步地，步驟一中所述的基帶數(shù)據(jù)為語音或者圖像轉(zhuǎn)成的二進(jìn)制電信號。
[0015]進(jìn)一步地，步驟一中所述的基帶數(shù)據(jù)與發(fā)射端擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器中產(chǎn)生的擴(kuò)頻碼為由同步時鐘控制的兩個m序列。
[0016]進(jìn)一步地，步驟一中得到的擴(kuò)頻序列是將由同步時鐘控制的兩個m序列進(jìn)行模2加得到的。
[0017]進(jìn)一步地，步驟二中將擴(kuò)頻序列轉(zhuǎn)換成PPM脈沖信號的方法為:以L位擴(kuò)頻序列信號為一組，由公式⑴算出PPM調(diào)制信號的輸出脈沖位置，在此脈沖前加一固定幀同步頭0000000100000000，從而產(chǎn)生一系列的PPM脈沖信號；
[0018]ζ = 1^+2112+...+2l 1Ul(I)
[0019]其中，ξ表不PPM脈沖信號的位置即PPM脈沖信號在第幾個時隙，(u1； U2,...%)表示L位二進(jìn)制數(shù)。
[0020]進(jìn)一步地，步驟六中所述的解擴(kuò)運(yùn)算指將相關(guān)峰值最大的那組擴(kuò)頻序列與PPM解調(diào)后的擴(kuò)頻序列進(jìn)行模2運(yùn)算。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果:
[0022]本發(fā)明系統(tǒng)通過擴(kuò)頻模塊、PPM調(diào)制模塊、驅(qū)動電路、光電檢測器、放大電路、去同步頭模塊、PPM解調(diào)模塊、相關(guān)峰值計算模塊以及解擴(kuò)模塊實現(xiàn)了信號接收的自由切換，解決了遮擋的問題:擴(kuò)頻與PPM調(diào)制技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行誤碼的糾錯和提高信道容量，以此降低誤碼率提高傳輸帶寬，相關(guān)峰值的檢測使得接收系統(tǒng)總是采用信噪比最強(qiáng)的交通燈進(jìn)行單向通信，解決多個發(fā)射源信號接收的切換問題；擴(kuò)頻技術(shù)可以從數(shù)字信號處理方面間接提高信噪比，從淹沒在背景光中提取有用的光信號，并根據(jù)不同信號源計算出來的相關(guān)峰值，自由的在多個交通燈中進(jìn)行切換，解決了遮擋問題。
[0023]本發(fā)明方法將擴(kuò)頻技術(shù)和PPM調(diào)制技術(shù)相結(jié)合，從十字路口多個交通燈發(fā)送調(diào)制信號，由于每個交通燈都采用兩兩正交的擴(kuò)頻碼，所以在接收系統(tǒng)中能分別進(jìn)行解擴(kuò)，擴(kuò)頻技術(shù)可以從數(shù)字信號處理方面間接提高信噪比，從淹沒在背景光中提取有用的光信號，并根據(jù)不同信號源計算出來的相關(guān)峰值，自由的在多個交通燈中進(jìn)行切換，解決了遮擋問題，擴(kuò)頻與PPM調(diào)制技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行誤碼的糾錯和提高信道容量，以此降低誤碼率提高傳輸帶寬，相關(guān)峰值的檢測使得接收系統(tǒng)總是采用信噪比最強(qiáng)的交通燈進(jìn)行單向通信，解決多個發(fā)射源信號接收的切換問題，并且使交通工具在十字路口轉(zhuǎn)向時也不會造成信號的丟失；相關(guān)峰值的檢測技術(shù)還解決了交通擁擠的狀況下容易產(chǎn)生遮擋的問題，采用本發(fā)明方法靠后的車輛可以接收到?jīng)]有被遮擋的LED交通燈發(fā)來的信息，不會導(dǎo)致信息傳輸中斷。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)框圖；
[0025]圖2是本發(fā)明的擴(kuò)頻碼產(chǎn)生模塊的實現(xiàn)框圖；
[0026]圖3是本發(fā)明的PPM信息幀示意圖；
[0027]圖4是本發(fā)明的各個模塊產(chǎn)生的信號示意圖；
[0028]圖5是本發(fā)明的汽車正常通行示意圖；
[0029]圖6是本發(fā)明的汽車正常通行時所檢測到的相關(guān)峰值；
[0030]圖7是本發(fā)明的實例I的汽車轉(zhuǎn)彎通行示意圖；
[0031]圖8是本發(fā)明的實例I中汽車轉(zhuǎn)彎通行時檢測到的相關(guān)峰值；
[0032]圖9是本發(fā)明的實例2的接收機(jī)被前車遮擋示意圖；
[0033]圖10是本發(fā)明的實例2中接收機(jī)被正面遮擋時檢測到的相關(guān)峰值。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0035]由于智能交通環(huán)境中，光接收機(jī)可能是動態(tài)的，并且有時動態(tài)程度較高，在多個信號光源復(fù)雜布局下，載有光接收機(jī)的車輛通過復(fù)雜光源環(huán)境時，需要對關(guān)鍵信息源進(jìn)行跟蹤同時去除其余光源的干擾。本發(fā)明利用移位寄存器產(chǎn)生兩兩正交的擴(kuò)頻碼，分別發(fā)給不同的信號源，讓光接收系統(tǒng)對不同光源進(jìn)行分離解調(diào)，找到峰值最高的進(jìn)行通信，若最高峰值信號源發(fā)生變化，則進(jìn)行切換。
[0036]參見圖1，發(fā)射的基帶數(shù)據(jù)(可以是語音或者圖像轉(zhuǎn)成的二進(jìn)制電信號)，進(jìn)入擴(kuò)頻模塊后，與發(fā)射端擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的擴(kuò)頻序列在進(jìn)行擴(kuò)頻運(yùn)算(模2加)，其中在發(fā)射端擴(kuò)頻碼產(chǎn)生器中產(chǎn)生4組兩兩正交的擴(kuò)頻碼，產(chǎn)生方式采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，利用兩組移位寄存器輸出端相加(初始狀態(tài)都為1