本发明涉及交通led光通信领域，尤其是基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法及系统。
背景技术：
在现有智能交通系统中，对照专利cn201510305920.9，利用相关峰值的检测使得接收系统总是采用信噪比最强的交通灯进行单向通信，解决多个发射源信号接收的切换问题；采用扩频技术可以从数字信号处理方面间接提高信噪比，从淹没在背景光中提取有用的光信号，并根据不同信号源计算出来的相关峰值，自由的在多个交通灯中进行切换，解决了遮挡问题。但是现有技术存在led灯只发送相同的单一的交通信息的问题，不能同时满足多用户不同的需求，一直制约着led光通信在智能交通中的应用。本发明能通过led灯可同时发送多种不同信息，解决多用户分等级接收信息问题。同时提高整个通信系统的可靠性、安全性和实用性。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法及系统，能够实现不同车辆用户根据其权限接收其对应的信息。采用基于混沌扩频和ppm调制可实现多用户分等级接收信息，降低信号的误码率，同时提高信息的安全性；该系统结构简单，易于实现。
为了实现上述目的，本发明提供的基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法适用于基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统包括信号发射端和信号接收端；其特征在于，包括如下步骤：
信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息得到用户信息ⅰ；
信号发射端根据所述用户信息ⅰ生成混沌二值序列ⅰ，通过所述用户信息与混沌二值序列ⅰ进行扩频得到扩频序列ⅰ；
信号发射端将所述扩频序列ⅰ进行转换得到脉冲信号，并驱动光源将所述脉冲信号转化为光信号发送给信号接收端；
信号接收端接收来自于光源的光信号，并将所述光信号转换为电信号；
信号接收端将所述电信号解调为扩频序列ⅱ；
信号接收端通过所述扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关解扩恢复得到用户信息ⅱ。
进一步地，信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息得到用户信息ⅰ具体包括：
信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息生成语音和/或图像；
信号发射端将所述语音或者图像转换的二进制电信号，即所述的用户信息ⅰ。
进一步地，所述信号发射端根据所述用户信息ⅰ生成混沌二值序列ⅰ具体包括：
信号发射端指定以某一初始值生成一混沌驱动序列；
信号发射端对所述混沌驱动序列进行优化，得到优化混沌驱动序列；
信号发射端将所得到的优化混沌序列中的每一个值作为混沌映射的初值，得到一系列长度为l的混沌序列，所述混沌序列为实数值的混沌序列；
信号发射端将混沌序列中的每一个值转化为二进制数，然后取每个二进制数中固定的某一位组成一个混沌二值序列ⅰ。
进一步地，所述信号发射端将所述扩频序列ⅰ进行转换得到脉冲信号具体包括：
信号发射端对扩频序列ⅰ进行ppm调制得到ppm调制脉冲信号；
信号发射端将所述ppm调制脉冲信号进行并串转换得到串行信号；
信号发射端将所述串行信号转换为光信号。
进一步地，所述信号接收端通过所述扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关解扩恢复得到用户信息ⅱ具体包括：
信号接收端将扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关，设置动态阈值；
信号接收端进行门限判决，得到用户信息ⅱ。
基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统包括信号发射端和信号接收端；
信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息得到用户信息ⅰ；
信号发射端根据所述用户信息ⅰ生成混沌二值序列ⅰ，通过所述用户信息与混沌二值序列ⅰ进行扩频得到扩频序列ⅰ；
信号发射端将所述扩频序列ⅰ进行转换得到脉冲信号，并驱动光源将所述脉冲信号转化为光信号发送给信号接收端；
信号接收端接收来自于光源的光信号，并将所述光信号转换为电信号；
信号接收端将所述电信号解调为扩频序列ⅱ；
信号接收端通过所述扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅱ进行相关解扩恢复得到用户信息ⅱ。
进一步地，信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息得到用户信息ⅰ具体包括：
信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息生成语音和/或图像；
信号发射端将所述语音或者图像转换的二进制电信号，即所述的用户信息ⅰ。
进一步地，所述信号发射端根据所述用户信息ⅰ生成混沌二值序列ⅰ具体包括：
信号发射端指定以某一初始值生成一混沌驱动序列；
信号发射端对所述混沌驱动序列进行优化，得到优化混沌驱动序列；
信号发射端将所得到的优化混沌序列中的每一个值作为混沌映射的初值，得到一系列长度为l的混沌序列，所述混沌序列为实数值的混沌序列；
信号发射端将混沌序列中的每一个值转化为二进制数，然后取每个二进制数中固定的某一位组成一个混沌二值序列ⅰ。
进一步地，所述信号发射端将所述扩频序列ⅰ进行转换得到脉冲信号具体包括：
信号发射端对扩频序列ⅰ进行ppm调制得到ppm调制脉冲信号；
信号发射端将所述ppm调制脉冲信号进行并串转换得到串行信号；
信号发射端将所述串行信号转换为光信号。
进一步地，所述信号接收端通过所述扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关解扩恢复得到用户信息ⅱ具体包括：
信号接收端将扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关；
信号接收端设置动态阈值，进行门限判决，得到用户信息ⅱ。
本发明的有益效果是：本发明提供一种基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法及系统，能够实现不同车辆用户根据其权限接收其对应的信息。采用基于混沌扩频和ppm调制可实现多用户分等级接收信息，降低信号的误码率，同时提高信息的安全性；该系统结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法第一实施例的流程图；
图2为本发明基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法第二实施例的流程图；
图3为本发明信号发射端的框图；
图4为本发明混沌二值序列生成模块的框图；
图5为本发明led光信号发送电路的电路图；
图6为本发明信号接收端的框图；
图7为本发明led光信号接收电路的电路图；
图8为本发明相关解扩模块的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法的第一实施例：
如图1所示，基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法的第一实施例，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法适用于基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统包括信号发射端和信号接收端；所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法包括如下步骤：
s1，信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息得到用户信息ⅰ。
s2，信号发射端根据所述用户信息ⅰ生成混沌二值序列ⅰ，通过所述用户信息与混沌二值序列ⅰ进行扩频得到扩频序列ⅰ。
s3，信号发射端将所述扩频序列ⅰ进行转换得到脉冲信号，并驱动光源将所述脉冲信号转化为光信号发送给信号接收端。
s4，信号接收端接收来自于光源的光信号，并将所述光信号转换为电信号。
s5，信号接收端将所述电信号解调为扩频序列ⅱ。
s6，信号接收端通过所述扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关解扩恢复得到用户信息ⅱ。
本发明提供的基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法，该方法步骤简单，能够适用于不同的车辆用户，通过在车辆上安装信号接收端，能够让车辆用户根据其权限接收信号发射端所发出的对应信息，易于实现。
基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法的第二实施例：
如图2所示，基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法的第二实施例，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法适用于基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统包括信号发射端和信号接收端，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信方法包括如下步骤：
s100，信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息得到用户信息ⅰ。
具体的，所述用户信息ⅰ包括至少一个用户信息，可以分别表示为用户信息1，用户信息2，……，用户信息n。如图3所示，u1表示信号长度为p的用户信息1，指用户1预订的关于道路中红绿灯情况信息产生的二进制电信号；u2表示信号长度为p的用户信息2，指用户2预订的关于道路拥堵情况信息产生的二进制电信号；u3表示信号长度为p的用户信息3，指表示用户3预订的关于道路拥堵和红绿灯情况信息产生的二进制电信号。信号发射端包括用户信息生产模块，所述用户信息生模块根据用户权限等级定制的关于道路拥堵、红绿灯工作情况、定制路线等等信息，将关于道路拥堵、红绿灯工作情况、定制路线等等信息转换为语音或者图像转成的二进制电信号。需要进行说明的是，用户信息1、用户信息2、用户信息3、……、用户信息n的信息可能相同，也可能不相同。
s200，信号发射端根据所述用户信息ⅰ生成混沌二值序列ⅰ，通过所述用户信息与混沌二值序列ⅰ进行扩频得到扩频序列ⅰ。
具体的，所述信号发射端还包括混沌二值序列生成模块，所述混沌二值序列生成模块即利用混沌映射对初值的敏感性，先指定以初始值χ0生成一长度为n的混沌驱动序列x0。在式中加入sin函数混沌序列对初值敏感，这样就可以保证得到的混沌序列组中没有相同或是周期序列，即对驱动序列x0进行优化得到优化混沌驱动序列x0’，然后将所得到的优化混沌序列中的每一个值作为混沌映射的初值，这样可以得到一系列长度为l的混沌序列xn’。此时得到的还是实数值的混沌序列，将实值序列中的每一个值转化为二进制数然后取每个二进制数中固定的某一位组成一个新的混沌二值序列，即得到所需要的长度为l的n个混沌二值序列组xn。
如图4所示，混沌二值序列生成模块包括混沌信号发生器、优化函数、二值量化，其中混沌信号发生器用于根据给定初始值通过混沌函数发生器生成混沌序列；优化函数用于避免由于计算时的舍人误差及计算精度的原因，使驱动序列出现循环，从而使得以驱动序列为初始值的混沌序列组出现相同的两组序列，因此对驱动序列进行优化；二值量化用于将实值序列中的每一个值转化为二进制数然后取每个二进制数中固定的某一位组成一个新的混沌二值序列。
所述发射段还包括扩频模块，由于每个用户信息都有与其对应的混沌二值序列，所以在进行扩频处理时，所述扩频模块将每个用户信息与其对应的混沌二值序列通过扩频转换成对应的扩频序列。具体是将用户信息u1与其对应的混沌二值序列x1通过扩频运算转换成对应的长度为l*p扩频序列sp1，将用户信息u2与其对应的混沌二值序列x2通过扩频运算转换成对应长度为l*p扩频序列sp2，以此类推，将用户信息un与其对应的混沌二值序列xn通过扩频运算转换成对应长度为l*p扩频序列spn，将多个扩频序列进行或运算，得到总的长度为l*p扩频序列sp_all。
s300，信号发射端将所述扩频序列ⅰ进行转换得到脉冲信号，并驱动光源将所述脉冲信号转化为光信号发送给信号接收端。
如图5所示，所述信号发射端还包括led光信号发送电路，所述光信号发送电路包括ppm调制模块、串转换电路、fpga芯片和光源，利用ppm调制模块对所述扩频序列sp_all进行ppm调制得到ppm调制脉冲信号ppm_data，串转换电路将并行的ppm调制脉冲信号ppm_data转换成串行信号；fpga芯片接收串行信号并进行处理，输出驱动信号驱动光源正常工作。
需要进行说明的是，所述光源为led灯，led灯具有寿命长、节能环保等特点，led被广泛用于交通信号灯。通信技术是借助光波作为通信媒介的新型无线通信手段，相较于传统的射频无线，可见光通信能够使用无需授权的光频谱，极大地扩展通信带宽，实现高速通信。由光在空间传播的定向性，可以从物理层面实现通信的保密性，可见光通信的优势还包括架构简单，易于部署，满足电磁兼容等方面。
s400，信号接收端接收来自于光源的光信号，并将所述光信号转换为电信号。
如图7所示，所述信号接收端还包括led光信号接收电路，所述led光信号接收电路包括pd光电转换电路、放大电路、数据采集电路和滤波电路，其中pd光电转换电路用于将接收到的光信号转换成电信号；放大电路用于将接收到的微弱电信号进行放大；数据采集电路用于将放大的电信号转换成数字信号；滤波电路用于滤除噪声得到电信号r_ppm_data。
s500，信号接收端将所述电信号解调为扩频序列ⅱ。
如图6所示，所述信号接收端还包括除同步模块和ppm解调模块，所述去除同步模块将电信号r_ppm_data去除同步信息，所述ppm解调模块接收所述电信号r_ppm_data，对其进行解调得到扩频序列r_sp_all。
s600，信号接收端通过所述扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关解扩恢复得到用户信息ⅱ。
需要进行说明的是本实施相较于第一实施例来说其优点还包括，采用基于混沌扩频和ppm调制可实现多用户分等级接收信息，降低信号的误码率，同时提高信息的安全性。
如图8所示，所述信号接收端还包括相关解扩模块，所述解扩模块用于将所述扩频序列r_sp_all中的每一个分别于其对应的混沌二值序列进行相关运算，并设置动态阈值，通过门限判决，恢复得到用户信息。
基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统的第一实施例：
基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统包括信号发射端和信号接收端。
本实施例中，所述信号发射端获取用户的订阅信息并根据所述订阅信息得到用户信息ⅰ。
具体的，所述用户信息ⅰ包括至少一个用户信息，可以分别表示为用户信息1，用户信息2，……，用户信息n。u1表示信号长度为p的用户信息1，指用户1预订的关于道路中红绿灯情况信息产生的二进制电信号；u2表示信号长度为p的用户信息2，指用户2预订的关于道路拥堵情况信息产生的二进制电信号；u3表示信号长度为p的用户信息3，指表示用户3预订的关于道路拥堵和红绿灯情况信息产生的二进制电信号。信号发射端包括用户信息生产模块，所述用户信息生模块根据用户权限等级定制的关于道路拥堵、红绿灯工作情况、定制路线等等信息，将关于道路拥堵、红绿灯工作情况、定制路线等等信息转换为语音或者图像转成的二进制电信号。需要进行说明的是，用户信息1、用户信息2、用户信息3、……、用户信息n的信息可能相同，也可能不相同。
本实施例中，信号发射端根据所述用户信息ⅰ生成混沌二值序列ⅰ，通过所述用户信息与混沌二值序列ⅰ进行扩频得到扩频序列ⅰ。
具体的，所述信号发射端还包括混沌二值序列生成模块，所述混沌二值序列生成模块即利用混沌映射对初值的敏感性，先指定以初始值χ0生成一长度为n的混沌驱动序列x0。在式中加入sin函数混沌序列对初值敏感，这样就可以保证得到的混沌序列组中没有相同或是周期序列，即对驱动序列x0进行优化得到优化混沌驱动序列x0’，然后将所得到的优化混沌序列中的每一个值作为混沌映射的初值，这样可以得到一系列长度为l的混沌序列xn’。此时得到的还是实数值的混沌序列，将实值序列中的每一个值转化为二进制数然后取每个二进制数中固定的某一位组成一个新的混沌二值序列，即得到所需要的长度为l的n个混沌二值序列组xn。
本实施例中，混沌二值序列生成模块包括混沌信号发生器、优化函数、二值量化，其中混沌信号发生器用于根据给定初始值通过混沌函数发生器生成混沌序列；优化函数用于避免由于计算时的舍人误差及计算精度的原因，使驱动序列出现循环，从而使得以驱动序列为初始值的混沌序列组出现相同的两组序列，因此对驱动序列进行优化；二值量化用于将实值序列中的每一个值转化为二进制数然后取每个二进制数中固定的某一位组成一个新的混沌二值序列。
所述发射段还包括扩频模块，由于每个用户信息都有与其对应的混沌二值序列，所以在进行扩频处理时，所述扩频模块将每个用户信息与其对应的混沌二值序列通过扩频转换成对应的扩频序列。具体是将用户信息u1与其对应的混沌二值序列x1通过扩频运算转换成对应的长度为l*p扩频序列sp1，将用户信息u2与其对应的混沌二值序列x2通过扩频运算转换成对应长度为l*p扩频序列sp2，以此类推，将用户信息un与其对应的混沌二值序列xn通过扩频运算转换成对应长度为l*p扩频序列spn，将多个扩频序列进行或运算，得到总的长度为l*p扩频序列sp_all。
本实施例中，信号发射端将所述扩频序列ⅰ进行转换得到脉冲信号，并驱动光源将所述脉冲信号转化为光信号发送给信号接收端。
具体的，所述信号发射端还包括led光信号发送电路，所述光信号发送电路包括ppm调制模块、串转换电路、fpga芯片和光源，利用ppm调制模块对所述扩频序列sp_all进行ppm调制得到ppm调制脉冲信号ppm_data，串转换电路将并行的ppm调制脉冲信号ppm_data转换成串行信号；fpga芯片接收串行信号并进行处理，输出驱动信号驱动光源正常工作。
需要进行说明的是，所述光源为led灯，led灯具有寿命长、节能环保等特点，led被广泛用于交通信号灯。通信技术是借助光波作为通信媒介的新型无线通信手段，相较于传统的射频无线，可见光通信能够使用无需授权的光频谱，极大地扩展通信带宽，实现高速通信。由光在空间传播的定向性，可以从物理层面实现通信的保密性，可见光通信的优势还包括架构简单，易于部署，满足电磁兼容等方面。
本实施例中，信号接收端接收来自于光源的光信号，并将所述光信号转换为电信号。
具体的，所述信号接收端还包括led光信号接收电路，所述led光信号接收电路包括pd光电转换电路、放大电路、数据采集电路和滤波电路，其中pd光电转换电路用于将接收到的光信号转换成电信号；放大电路用于将接收到的微弱电信号进行放大；数据采集电路用于将放大的电信号转换成数字信号；滤波电路用于滤除噪声得到电信号r_ppm_data。
本实施例中，信号接收端将所述电信号解调为扩频序列ⅱ。
具体的，所述信号接收端还包括除同步模块和ppm解调模块，所述去除同步模块将电信号r_ppm_data去除同步信息，所述ppm解调模块接收所述电信号r_ppm_data，对其进行解调得到扩频序列r_sp_all。
本实施例中，信号接收端通过所述扩频序列ⅱ与混沌二值序列ⅰ进行相关解扩恢复得到用户信息ⅱ。
具体的，所述信号接收端还包括相关解扩模块，所述解扩模块用于将所述扩频序列r_sp_all中的每一个分别于其对应的混沌二值序列进行相关运算，并设置动态阈值，通过门限判决，恢复得到用户信息。
需要进行说明的是，所述基于混沌二值序列的多用户交通光通信系统，能够适用于不同车辆用户，通过在车辆上安装信号接收端，能够让车辆用户根据其权限接收信号发射端所发出的对应信息，采用基于混沌扩频和ppm调制可实现多用户分等级接收信息，降低信号的误码率，同时提高信息的安全性；该系统结构简单，易于实现。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。