一种支持双边定位的可见光通信VLC智能交通系统的制作方法

本实用新型涉及智能交通系统应用领域的装置及方法，特别涉及一种支持双边定位的车辆与固定设施间可见光通信(VLC)系统。

背景技术：

自人类实用新型汽车以来，经过百余年的发展，已经成为人们不可或缺的交通工具。车辆普及的同时，也带来了包括道路拥堵、交通事故、尾气排放等一系列问题。为了解决这些问题，业界提出了智能交通系统(ITS)的设想，其核心是将人、车、道路等紧密结合协调、协调运作，结合现代计算机技术、电子技术、通信技术和优化控制技术等，建立大范围、全方位、持久发挥作用的城市道路综合管理系统，提供高效、实时、准确的道路信息，能够有效地降低交通阻塞及事故的发生。目前已经提出的ITS解决方案中，主要使用的包括毫米波雷达、短距无线通信(IEEE802.11p)、3G/4G移动通信等，但都存在包括无线频谱资源受限、实时性差、费用高昂等缺点[Pengju FANG,et al.A Visible Light Communication based Infra-to-Vehicle Intelligent Transport Demo System.IEEE ICCVE2015]。

可见光通信(VLC)技术是一种兼具照明和通信的通信手段，其核心是将高速数据调制在白光发光二极管(LED)上，由于调制频率极高，不会对照明产生影响。接收端采用光电检测器(PIN)或图像检测器接收VLC信号后，经解调即可还原出信息。与传统的射频频段短距无线通信相比，可见光通信技术最大的优点包括无需频谱资源分配，同时由于其工作频段极高，可以获得很高的信号传输速率(可达Gb/s级或更高)。学术界和工业界普遍认为其将是未来短距接入网络环境中最有前途的解决方案之一[Jonathan Wells.Faster than fiber:The future of multi-G/s wireless.IEEE Microwave Magazine,2009,Volume:10,Issue:3]。

LED被广泛认为是继白炽灯和荧光灯之后的第三代照明光源，目前在包括室内照明、交通信号灯、以及车辆照明系统中已经得到普遍使用，这也为推广基于LED的VLC系统奠定了良好的基础。将可见光通信技术引入智能交通系统应用场景，可以有效解决车辆与车辆间(Vehicle-to-Vehicle，V2V)以及车辆与固定设施间(Vehicle-to-Infrastructure，V2I)的通信难题，实现车辆运动位置/轨迹确定、道路交通信息预警、车辆变道/碰撞避免等功能。

未来的智能交通系统中，首要解决的是车辆自动(智能)驾驶，其核心的技术难点是精确的车辆定位问题，可见光通信技术为其提供了可靠的解决手段。

技术实现要素：

本实用新型的提出一种支持双边定位的可见光通信(VLC)智能交通系统，其可以在车辆与道路交通基础设施间进行双向通信，并用以解决智能交通系统中最为基础和重要的车辆精确定位问题。

为解决本实用新型所针对的车辆精确定位技术问题，所采用支持双边定位的可见光通信系统主要包括：车辆侧可见光收发模块和路灯侧可见光收发模块等。其中，可见光收发模块包括：可见光通信收发天线(透镜组)组件、信号调制组件、信号解调组件、伺服跟踪组件等。输入信号组件将输入的信号进行必要的格式变换后送至调制模块，调制模块将输入信号调制至激光器组件产生可见光信号，再经由透镜组组件进行汇聚对焦后发送至自由空间信道；接收侧透镜组组件接收到可见光信号后，由检测器将其还原为电信号，并由解调/放大组件进行信号解调制和放大，最后经由输出信号组件输出。伺服跟踪组件可以根据接收到的可见光信号强度大小调节透镜组组件，使其始终对准可见光信号最强的方向。

所述可见光通信模块，是指分别配置在车辆侧和路灯等道路交通基础设施侧的完成可见光通信信号收发的通信模块，其可以把需要发送的信息转换成可见光信号发射出去，以及接收可见光信号并从中还原出原始信息。

所述可见光通信收发天线(透镜组)组件，其可将输入信息调制后的信号转变为可见光信号，并通过发送天线(即发送透镜组件)发送至空间信道；接收天线(即接收透镜组件)可以检测和接收空间信道中的可见光信号，并将其转换为电信号后进行解调，还原出原始信息。

所述信号调制组件，其可对需要发送的信息进行处理并将其加到可见光频段的载波上，使其变为适合于空间信道传输的形式。

所述信号解调组件，其可对收发天线(透镜组)组件接收并完成转换的电信号进行解调，还原出其中携带的原始信息。

所述伺服跟踪组件，其安装在车辆侧，可以跟踪路灯等道路交通基础设施侧可见光通信模块发出的可见光信号，并根据车辆运动状态导致的接收信号情况进行适时调整，保证车辆侧与路灯侧可见光通信信号的正常通信。

附图说明

图1是本实用新型的支持双边定位的可见光通信(VLC)智能交通系统中可见光收发模块组成示意图。

图2是本实用新型的支持双边定位的可见光通信(VLC)智能交通系统典型应用场景示意图。

图3是本实用新型的支持双边定位的可见光通信(VLC)智能交通系统车辆侧模块单元组成示意图。

图4是本实用新型的支持双边定位的可见光通信(VLC)智能交通系统车辆位置判决及调整流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本实用新型的支持双边定位的可见光通信(VLC)智能交通系统，为解决本智能交通系统中最为基础的车辆精确定位技术问题，所采用支持双边定位的可见光通信系统主要包括：车辆侧可见光收发模块和路灯侧可见光收发模块等。其中，可见光收发模块包括：可见光通信收发天线(透镜组)组件、信号调制组件、信号解调组件、伺服跟踪组件等。本实用新型提出的系统可以以车辆侧与路灯侧间的可见光通信系统为基础，实现车辆的精确位置定位。

下面以典型应用情景为例来对本实用新型进行详细描述：

如图1所示，本实用新型提出的支持双边定位的可见光通信(VLC)智能交通系统结构框图，主要包括：车辆侧可见光收发模块和路灯侧可见光收发模块等。其中，可见光收发模块包括：可见光通信收发天线(透镜组)组件、信号调制组件、信号解调组件、伺服跟踪组件等。

如图2所示，车辆行驶在道路中时，可以与路灯侧进行通信，即接收到路灯侧可见光收发模块发出的信号。如图3所示，车辆侧可见光收发模块接收到路灯侧发出的可见光通信信号后，左、右两侧可见光接收单元接收到的信号经光电转换后，经由前置放大单元、功率均衡单元、整形滤波单元处理后，同时送入比较判决单元进行比较，比较结果经主控单元处理后输出。据此，根据双边路灯侧可见光信号强度对比，即可判断车辆是否保持在车道中心线(即车辆所处的车道准确位置)，其工作流程见图4所示。

以上所述实施例仅仅是对本实用新型的优先实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。