基于擴頻技術的智能交通光信號接收系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明應用在光通信傳輸領域的智能交通系統中，涉及到復雜交通環境下LED可見光通信，具體涉及一種基于擴頻技術的智能交通光信號接收系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]智能交通系統(IntelligentTransportat1n System，簡稱 ITS)是未來交通系統的發展方向，它是將先進的信息技術、數據通信傳輸技術、電子傳感技術、控制技術及計算機技術等有效地集成運用于整個地面交通管理系統而建立的一種在大范圍內、全方位發揮作用的，實時、準確、高效的綜合交通運輸管理系統。在智能交通系統中智能交通燈的應用使得道路資源利用更加充分、道路交通運行更加順暢。基于室外可見光LED交通燈的無線通信系統研宄就是一種智能交通通信系統的靈活解決方案。利用LED交通燈發出的可見光，實現交通燈和車輛之間的實時單工通信。整個系統，僅需要在現有的交通燈設備上安裝簡單的發射電路模塊，同時在車輛上加載接收模塊，無需額外增加大型的接收發射設備，成本低、易于實現。LED通信與紅外光通信相比有很多的優點:從室內布局上，紅外光需另設紅外通信光源和線路，而LED可利用己有的室內與樓內配電線路，簡化了室內線路布局；從發射功率上，紅外光的發射功率太大將對人的眼睛有危害，所以需限制紅外光的發射功率，這意味著通信距離受限，而用于照明光源的LED的發射功率則無需限制；從陰影效應上，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，因此，LED光通信被予以極大的關注。
[0003]目前可見光通信涉及眾多具體的研宄領域，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，并降低信息傳輸的誤碼率，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用。遮擋問題是指在交通擁擠的狀況下容易產生遮擋，導致靠后的車輛接收不到LED交通燈發來的信息，或者導致信息傳輸中斷。因此，遮擋問題也是基于LED交通燈通信系統中的一個難題。邊緣切換問題指的在復雜的交通環境下，交通路口經常有多個發射源，如何在各個接收源之間進行切換也是一個需要解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種基于擴頻技術的智能交通光信號接收系統及其控制方法，以克服上述現有技術存在的缺陷，本發明通過擴頻技術和PPM調制技術的結合，實現了信號接收的自由切換，解決了遮擋的問題。
[0005]為達到上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0006]一種基于擴頻技術的智能交通光信號接收系統，包括擴頻模塊:用于將發射端產生的基帶數據與發射端擴頻碼產生器中產生的擴頻碼通過擴頻運算轉換成擴頻序列；PPM調制模塊:用于將擴頻序列轉換成PPM脈沖信號；驅動電路:用于接收PPM脈沖信號使LED光源發出光信號；光電檢測器:用于將光信號轉換成電信號；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解調模塊:用于將去除同步信息后的放大電信號轉換成PPM解調后的擴頻序列；相關峰值計算模塊:用于將PPM解調后的擴頻序列與接收端擴頻碼產生器產生的擴頻序列進行相關得到相關峰值，并選出相關峰值最大的那組擴頻序列；解擴模塊:用于將相關峰值最大的那組擴頻序列與PPM解調后的擴頻序列進行解擴運算，然后進行低通濾波，輸出基帶信號，完成信息的傳輸。
[0007]一種基于擴頻技術的智能交通光信號接收系統的控制方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:將發射端產生的基帶數據與發射端擴頻碼產生器中產生的擴頻碼通過擴頻運算轉換成擴頻序列；
[0009]步驟二:將擴頻序列轉換成PPM脈沖信號；
[0010]步驟三:控制PPM脈沖信號使LED光源發出光信號，然后將接收機接收到的光信號轉換成電信號，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換成PPM解調后的擴頻序列；
[0012]步驟五:將PPM解調后的擴頻序列與接收端擴頻碼產生器產生的擴頻序列進行相關得到相關峰值，并選出相關峰值最大的那組擴頻序列；
[0013]步驟六:將相關峰值最大的那組擴頻序列與PPM解調后的擴頻序列進行解擴運算，然后進行低通濾波，輸出基帶信號，完成信息的傳輸。
[0014]進一步地，步驟一中所述的基帶數據為語音或者圖像轉成的二進制電信號。
[0015]進一步地，步驟一中所述的基帶數據與發射端擴頻碼產生器中產生的擴頻碼為由同步時鐘控制的兩個m序列。
[0016]進一步地，步驟一中得到的擴頻序列是將由同步時鐘控制的兩個m序列進行模2加得到的。
[0017]進一步地，步驟二中將擴頻序列轉換成PPM脈沖信號的方法為:以L位擴頻序列信號為一組，由公式⑴算出PPM調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位二進制數。
[0020]進一步地，步驟六中所述的解擴運算指將相關峰值最大的那組擴頻序列與PPM解調后的擴頻序列進行模2運算。
[0021]與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果:
[0022]本發明系統通過擴頻模塊、PPM調制模塊、驅動電路、光電檢測器、放大電路、去同步頭模塊、PPM解調模塊、相關峰值計算模塊以及解擴模塊實現了信號接收的自由切換，解決了遮擋的問題:擴頻與PPM調制技術相結合進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，相關峰值的檢測使得接收系統總是采用信噪比最強的交通燈進行單向通信，解決多個發射源信號接收的切換問題；擴頻技術可以從數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，并根據不同信號源計算出來的相關峰值，自由的在多個交通燈中進行切換，解決了遮擋問題。
[0023]本發明方法將擴頻技術和PPM調制技術相結合，從十字路口多個交通燈發送調制信號，由于每個交通燈都采用兩兩正交的擴頻碼，所以在接收系統中能分別進行解擴，擴頻技術可以從數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，并根據不同信號源計算出來的相關峰值，自由的在多個交通燈中進行切換，解決了遮擋問題，擴頻與PPM調制技術相結合進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，相關峰值的檢測使得接收系統總是采用信噪比最強的交通燈進行單向通信，解決多個發射源信號接收的切換問題，并且使交通工具在十字路口轉向時也不會造成信號的丟失；相關峰值的檢測技術還解決了交通擁擠的狀況下容易產生遮擋的問題，采用本發明方法靠后的車輛可以接收到沒有被遮擋的LED交通燈發來的信息，不會導致信息傳輸中斷。
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明的系統框圖；
[0025]圖2是本發明的擴頻碼產生模塊的實現框圖；
[0026]圖3是本發明的PPM信息幀示意圖；
[0027]圖4是本發明的各個模塊產生的信號示意圖；
[0028]圖5是本發明的汽車正常通行示意圖；
[0029]圖6是本發明的汽車正常通行時所檢測到的相關峰值；
[0030]圖7是本發明的實例I的汽車轉彎通行示意圖；
[0031]圖8是本發明的實例I中汽車轉彎通行時檢測到的相關峰值；
[0032]圖9是本發明的實例2的接收機被前車遮擋示意圖；
[0033]圖10是本發明的實例2中接收機被正面遮擋時檢測到的相關峰值。
【具體實施方式】
[0034]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述:
[0035]由于智能交通環境中，光接收機可能是動態的，并且有時動態程度較高，在多個信號光源復雜布局下，載有光接收機的車輛通過復雜光源環境時，需要對關鍵信息源進行跟蹤同時去除其余光源的干擾。本發明利用移位寄存器產生兩兩正交的擴頻碼，分別發給不同的信號源，讓光接收系統對不同光源進行分離解調，找到峰值最高的進行通信，若最高峰值信號源發生變化，則進行切換。
[0036]參見圖1，發射的基帶數據(可以是語音或者圖像轉成的二進制電信號)，進入擴頻模塊后，與發射端擴頻碼產生器產生的擴頻序列在進行擴頻運算(模2加)，其中在發射端擴頻碼產生器中產生4組兩兩正交的擴頻碼，產生方式采用如圖2所示的結構，利用兩組移位寄存器輸出端相加(初始狀態都為1