[发明专利]一种包含双向可见光通信链路的到达时间测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及可见光通信技术和可见光定位领域，尤其涉及一种双向可见光通信链路的到达时间测量系统与方法。

背景技术

可见光通信技术是一种将电信号调制到可见光上的一种通信方法。它采用LED作为光源，光电探测设备进行检测。LED发出的携带调制信号的非相光，在自由空间进行传输后，在光电探测器端进行信号检测，并恢复出原始电号。由于LED光源具有较高的光效、低功耗和较长的使用寿命等优点，具有照明和通信两种功能的系统已经作为近年来的热点问题吸引了学术界和工业界的广泛关注。除了可见光通信之外，结合LED器件的优势，人们发现可见光定位，尤其是室内可见光定位在未来的智能家居、机器人控制等领域具有广泛的应用。例如，室内定位在大型商场、购物中心采用，消费者可以快速定位所需的商品位置，通过个人信息和商品信息进行路线导航，实现智能导购；在医院采用，对于病人、医生及医疗设备的定位监管，能有效的提升工作效率；在突发灾难现场采用，可以引导救援人员快速解救被困人员。

2011年，意大利比萨圣安娜高等学校的等人将数据传输和室内定位的分离思路，在定位方面采用三角定位的算法，提出了利用可见光通信进行定位的可行性¹。同年，Mohammad等人利用两组透镜和图像传感器在不传输位置信息以外的其它信息的情况下，实现了精度为0.15米的室内定位²。2013年，研究人员通过不同载频的多个灯发射的信号分离出各个灯的照明强度，通过强度算出与各个灯的距离进而实现定位，并且在0.4米的高度下实现了厘米级精度的定位³。

一般来说，定位技术是以距离测量技术为前提的，而距离测量技术有两类方法，一类是时间测量法，即测量信号的达到时间，从而测量距离；另一类是信号强度测量法，即测量信号从发送端到接收端的衰减情况，从而测量距离。

对于第一类方法来说，只要发送和接收端保持时间同步便可以精确的计算出信号传输所用的时间，从而计算出两终端的距离。此方法对终端的同步要求非常严格，因为信号为短距离传输，而且无线信号的传输速度又非常快，如果不能保证终端间的严格同步，则会计算产生很大的位置误差。

研究人员和工程师一直都在研究减少定位技术中时间测量误差的方法。

参考文献：

1 G Cossu，M Presi，R Corsini，etal，A Visible Light Localization Aided Optical Wireless System，Globecom Workshops，2011，47(10)：802-807

2 High precision indoor positioning using lighting LED and image sensor，MS Rahman，MM Haque，KD Kim，International Conference on Computer&Information Technology，2011：309-3143 DR Kim，HS Kim，SK Han，etal，An Indoor Visible Light Communication Positioning System Using a RF Carrier Allocation Technique，IEEE Journal of Lightwave Technology，2013，31(1)：134-144.

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术方法的不足，提供了一种双向可见光通信链路的到达时间测量系统与方法。在到达时间测量中，接收机的响应时间是影响准确测量的最重要原因，只有准确的估计出接收机的响应时间，才能够计算得到到达时间。该方法利用双向可见光通信链路，通过如下方法测量到达时间，在可见光定位技术领域均可以采用。

可见光定位系统包含上行链路(终端到接入端的数据传输)和下行链路(接入端到终端的数据传输)，均采用LED可见光通信的方式进行数据传输，到达时间测量包含如下过程：

a)设备1先发送脉冲信号1至设备2，并记录当前发送脉冲信号1的时间t1；

b)设备1通过自身可见光接收模块接收到脉冲信号1，记录当前接收到脉冲信号1的时间t2，设备1计算出该设备的一次响应时间Δt₁＝t2-t1，并将该数值存放于设备1的本地存储器，计算更新设备1的平均响应时间，和分别为设备1的当前平均响应时间和历史平均响应时间；