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随着互联网技术的发展,室内位置服务的需求日益增长,而提供各种位置服务的室内定位技术也应运而生,如人员的定位与导航、机器人控制、昂贵设备的监管等。目前,相对成熟的全球定位系统（GPS）由于信号易受墙壁的阻挡,无法在室内环境下使用。其他的基于射频（RF）、红外、蓝牙、地磁等室内定位技术,由于定位精度差、建设成本高等缺点,难以大范围普及。近年来,利用可见光通信技术（VLC）实现室内定位,即VLC室内定位技术,成为室内定位领域的最新研究方向。相对于其他室内定位技术,该技术具有定位精度高、无电磁干扰、与现有照明设施兼容、保密性好等优势,势必成为未来室内定位领域最有竞争力的解决方案之一。本论文针对VLC室内定位的关键技术,主要研究了调制解调技术、多信标接收技术和单灯定位技术,并在上述研究基础上实现了VLC室内定位系统。具体完成了以下几个方面的工作:1.VLC室内定位系统中调制解调技术的研究定位信标的传输是VLC室内定位系统实现的首要问题。由于VLC室内定位技术的发展趋势是融合绿色照明、高速通信与高精度定位,实现多功能的VLC系统,因此未来VLC室内定位系统需要一种新型的调制解调技术实现低速定位信标和高速通信数据的同时传输。针对这一问题,本论文研究了可兼顾定位信标和通信数据传输的调制解调技术。具体研究内容如下:1)提出了基于2ASK-OFDM（2-Amplitude Shift Key-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的调制解调技术。其中,利用2ASK信号传输低速的定位信标,OFDM信号传输高速的通信数据;2ASK信号直接调制在OFDM信号的符号能量上,实现两种信号在同一系统上传输;接收端实现两种信号的独立解调,以使用低复杂度的接收器解调2ASK信号,满足便携性的定位需求。2)搭建了基于2ASK-OFDM调制解调的实时VLC系统。利用FPGA（Field Programmable Gate Array）实现了2ASK-OFDM信号的调制解调,并搭建了VLC光路进行实验验证。结果表明,在照射距离为3 m的条件下,OFDM和2ASK信号的误码率均远低于3.8?10-3的前向纠错线,验证了系统较好的传输性能。2.VLC室内定位系统中多信标接收技术的研究在室内环境,LED安装比较密集,信标间存在严重的干扰,VLC室内定位系统需要一种多信标接收技术来保证定位信标在严重的干扰下被定位终端正确接收。然而,在安装有较多LED的大室内环境下,如购物中心、展厅等,经典的多信标接收技术,如时分复用多信标接收技术（TD-MBR）和频分复用多信标接收技术（FD-MBR）,具有长延时、高复杂度等问题。为此,本论文研究了大室内环境下低延时、低复杂度的多信标接收技术。具体研究内容如下:1)提出了基于LED分组的多信标接收技术。通过LED分组的方法,为每组内的LED各分配一个时隙或信道,不同分组对应位置的LED共享一个时隙或信道,实现时隙或信道的复用,降低系统的信标接收延时或复杂度;2)研究了基于LED分组的多信标接收技术在TD-MBR中的性能。为了避免同一时隙内多信标间的干扰,对发送信号进行了扩展的BCD（Binary Coded Decimal）编码。通过仿真证明了所提方案的可行性并研究了不同参数对性能的影响;对比了所提方案和经典TD-MBR的信标接收延时,结果表明:随着LED数量的增加,TD-MBR的信标接收延时直线增长,而所提方案的信标接收延时增长较为缓慢。比如,当LED数量为530时,TD-MBR的延时为100 ms,而所提方案的延时只有3 ms。3)研究了基于LED分组的多信标接收技术在FD-MBR中的性能。设计了接收器的结构;通过仿真研究了各参数对性能的影响,并获得了所支持的最大接收器倾斜角度;搭建了实验平台对所提方案的可行性进行了证明,并对仿真进行了实验验证,其结果基本吻合;最后对比了所提方案和经典FD-MBR在大室内环境下的定位性能,结果显示:在安装81个LED的室内环境,所提方案和经典FD-MBR的定位精度分别为9.8 cm和2.5 cm,使用滤波器数量分别为9个和81个。尽管所提方案的定位精度有所下降,但其定位终端的复杂度有较大的改善。3.VLC室内定位系统中单灯定位技术的研究定位技术是VLC室内定位系统的核心。目前大多数的VLC定位技术需要定位终端在一次定位过程中接收多个LED发送的定位信标。当有室内物体遮挡或者在单灯环境下,如小的隔断、楼梯等,上述定位技术面临定位失败的风险。已有的单灯定位技术存在着定位精度低、定位终端结构复杂、与现有设备不兼容等缺点。本论文针对上述问题,研究了兼容现有移动设备的高精度室内单灯定位技术,其研究内容主要有以下两个方面:1)提出了基于集成在智能移动终端的光电探测器（PD）、图像传感器和陀螺仪的高精度室内单灯定位方案。其中,PD用于接收入射光信号;图像传感器用于入射光角度的测量;而陀螺仪实现定位终端姿态的测量;2)研究了所提方案中的入射光到达角度（AOA）测量以及高精度单灯定位算法等关键技术。提出了基于图像传感器的AOA测量技术和基于接收信号强度和入射光到达角度（RSS/AOA）的高精度单灯定位算法。4.VLC室内定位系统的实现本论文的研究目标是发展一种高精度、低成本、兼容性好的VLC室内定位技术。在上述调制解调技术、多信标接收技术和单灯定位技术等关键技术的研究基础上,本论文搭建了VLC室内定位系统。该系统不仅可以应用在多灯的大室内环境,在单灯环境下也可以实现高精度的定位。通过实验分别研究了RSS和AOA测量误差对系统定位精度的影响;测试了LED分别安装在天花板和墙上时的系统定位性能;讨论了系统复杂度以及接收器倾斜对系统性能的影响。最后实验结果表明:所实现的定位系统的最高定位精度可以达到7.3 cm;LED在天花板上的系统定位性能要优于LED在墙壁上;由于反射光的影响,室内中心的定位性能要优于室内边缘。