基于波形融合的可见光通信定位一体化方法研究及验证

作     者：曾宪桢 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王正海;邵徽珑

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：可见光通信 通信定位一体化 波形融合 可见光定位 双频信号 

摘      要：第五代（5G）与第六代（6G）移动通信系统旨在将通信服务扩展至感知、计算等多维领域,并在各场景下为用户提供高速通信与高精度连续定位的服务。然而,在人员密集、电磁环境复杂且频谱资源紧张的室内封闭场景中,通信与定位的服务质量往往难以得到保障。以光为信息传输媒介,可见光通信（Visible Light Communication,VLC）与可见光定位（Visible Light Positioning,VLP）技术凭借频谱资源丰富与抗电磁干扰等优势,可以很好地解决上述问题。本文基于双频正交波形,通过融合相移键控与双频差分相位差,实现了可见光通信定位一体化,该方法在确保可靠通信的同时实现了高精度定位。本文主要研究内容和创新点如下: 首先,本文系统梳理了当前通信定位一体化的主流技术方法。在考虑LED特性、可见光传播链路、调制方式、定位模型以及处理复杂度等因素的基础上,提出了基于相移键控与双频差分相位差的波形融合方法,实现双频正交信号的通信定位一体化。该方法通过通信与定位功能对时间、频率、功率的共享,显著提升了系统资源的使用效率。 然后,在具体场景中,对双频正交信号的频率分配与相移键控策略进行了优化,探究了通信性能、定位性能、波形设计以及LED辐射特性之间的关系。在此基础上,利用深度网络完成了接收符号的识别,并进一步实现了通信信息解调和终端定位,解决了基于传播时间的定位方法高度依赖时间同步的问题。理论与仿真分析表明,本文所述方法在维持可靠通信的同时以90%概率获得低于2cm误差的定位精度。 最后,基于以上工作,利用以LED、PD、ZYNQ为核心搭建的验证平台,在2m×2m×2m的室内实验场景中完成了测试验证。结果表明,在通信解调误符号率低于10-3且通信速率为4Mbps的条件下,定位误差以90%概率优于8cm,可以很好地满足室内通信和高精度定位一体化的需求。