本實用新型涉及一種可見光定位方法，特別涉及一種基于CDMA/RF融合通信的可見光定位硬件系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人民生活水平的提高，以及經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展，人們對導航和定位服務的需求日益增大。全球定位系統(tǒng)GPS覆蓋范圍廣、定位精度高、功能全、技術(shù)成熟，但是由于GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號不能有效透過建筑物，致使其在很多室內(nèi)環(huán)境不能進行精準定位。

近年來，可見光通信技術(shù)已經(jīng)引起國內(nèi)外眾多專家學者的關(guān)注，VLC在多個領(lǐng)域已有涉足，并且取得一定進展，如LiFi的提出?？梢姽馔ㄐ趴赡艿膽们熬鞍ㄊ覂?nèi)短距離無線接入、室內(nèi)定位、城市環(huán)境下的智能交通網(wǎng)絡等等。若將可見光通信技術(shù)應用于定位，與傳統(tǒng)的定位技術(shù)相比具有諸多優(yōu)點，如無電磁干擾、附加模塊少、定位精度高、保密性好、兼顧通信與照明等。這使得可見光定位方法受到廣泛重視。

然而，光信道易受天氣狀況和環(huán)境光的干擾，當障礙物出現(xiàn)時光鏈路中斷。而且，由于多徑效應和不同LED燈具的碼間干擾的存在，定位的精度大打折扣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點與不足，本實用新型的目的在于提供一種基于CDMA/RF融合通信的可見光定位硬件系統(tǒng)。

本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種基于CDMA/RF融合通信的可見光定位硬件系統(tǒng)，包括調(diào)制模塊、發(fā)射模塊、傳輸模塊、接收模塊和解調(diào)模塊；

所述調(diào)制模塊用于實現(xiàn)QPSK調(diào)制、OOK基帶調(diào)制和CDMA擴頻；所述發(fā)射模塊包括LED驅(qū)動電路、LED燈具和發(fā)射天線；所述傳輸模塊包括自由空間中的光信道和射頻信道；所述接收模塊包括光電檢測器件、無線信號接收機、自適應濾波電路和放大電路；所述解調(diào)模塊用于實現(xiàn)OOK解調(diào)、QPSK解調(diào)和CDMA解擴。

進一步地，所述調(diào)制模塊包括QPSK調(diào)制模塊、OOK基帶調(diào)制模塊、CDMA擴頻模塊。

進一步地，所述傳輸模塊包括自由空間中的光信道和射頻信道，光信道用于傳輸光信號，射頻信道用于傳輸射頻信號。

進一步地，所述接收模塊包括光電檢測器件、無線信號接收機、自適應濾波電路和放大電路，所述光電檢測器件接收經(jīng)過自由空間到達的具有LED燈具ID信息的光信號并且轉(zhuǎn)換為電信號，所述無線信號接收機接收射頻信道上的射頻信號并轉(zhuǎn)換為電信號，兩路電信號經(jīng)過自適應濾波和放大處理后濾去噪聲，獲得有效信號。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點和有益效果：

（1）本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，通過利用CDMA調(diào)制技術(shù)中擴頻碼的正交性，在克服了碼間干擾的同時，增加了信道的容量，提升了通信質(zhì)量。

（2）本實用新型利用RF通信的穩(wěn)定性，不易受到環(huán)境因素的干擾，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的通信。

（3）本實用新型解決了純可見光通信系統(tǒng)在覆蓋范圍的限制與不足，同時保持了它基于定位的通信的能力，在導航和定位服務方面提供了更好的用戶體驗。

（4）本實用新型利用可見光通信的方向性和無線通信的穩(wěn)定性進行定位，混合部署兩種不同的通信技術(shù)，實現(xiàn)技術(shù)互補。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種基于CDMA/RF融合通信的可見光定位硬件系統(tǒng)的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例及附圖，對本實用新型作進一步地詳細說明，但本實用新型的實施方式不限于此，需指出的是，本實用新型的關(guān)鍵在于對硬件部分提出的技術(shù)方案，涉及軟件部分均是本領(lǐng)域技術(shù)人員可參照現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的。

實施例1

如圖1所示，一種基于CDMA/RF融合通信的可見光定位系統(tǒng)，包括調(diào)制模塊、發(fā)射模塊、傳輸模塊、接收模塊、解調(diào)模塊。

所述調(diào)制模塊包括QPSK調(diào)制、OOK基帶調(diào)制和CDMA擴頻。所述發(fā)射模塊包括LED驅(qū)動電路、LED燈具和發(fā)射天線。所述傳輸模塊包括自由空間中的光信道和射頻信道。所述接收模塊包括光電檢測器件、無線信號接收機、自適應濾波電路和放大電路。所述解調(diào)模塊包括OOK解調(diào)、QPSK解調(diào)和CDMA解擴。

作為一種實例，所述調(diào)制模塊包括QPSK調(diào)制模塊、OOK基帶調(diào)制模塊、CDMA擴頻模塊。QPSK具有四個星座位置，在實際實現(xiàn)時，將00映射為-1-1i，將01映射為-1+1i，將10映射為1+1i，將11映射為1+1i，并乘以歸一化因子。QPSK采用4進制PSK調(diào)制，每種相位可表示兩位二進制信息，其編碼效率較高。OOK調(diào)制以單極性不歸零碼序列來控制正弦載波的開啟與關(guān)閉，具有簡單節(jié)能的優(yōu)點。CDMA擴頻使用信道化編碼、基站碼和用戶碼，將經(jīng)過基帶調(diào)制后的信號與用戶特定的PN碼相乘進行擴頻。所述PN碼采用m 序列作為信道的編碼，Walsh序列作為地址編碼。所述Walsh碼可以通過哈達瑪矩陣產(chǎn)生，生成一組具有良好相關(guān)性的二進制序列。

所述調(diào)制模塊將經(jīng)QPSK調(diào)制和OOK調(diào)制的信號進行CDMA擴頻，具體操作為將調(diào)制后的信號和用戶特定的PN碼相乘進行擴頻，所述PN碼采用m 序列作為信道的編碼，Walsh序列作為地址編碼。所述Walsh碼可以通過哈達瑪矩陣產(chǎn)生，生成一組具有良好相關(guān)性的二進制序列。同時，將QPSK調(diào)制后的數(shù)據(jù)送予發(fā)射天線，并同時使用相同的PN碼進行CDMA擴頻。

所述傳輸模塊包括自由空間中的光信道和射頻信道，光信道用于傳輸光信號，射頻信道用于傳輸射頻信號。射頻信道具有較高的覆蓋范圍，使得它覆蓋幾乎整個空間。只有LED的ID，通過光信道進行傳輸，使用CDMA來解決相鄰信號的射頻干擾和可見光干擾。

所述接收模塊包括光電檢測器件、無線信號接收機、自適應濾波電路和放大電路，所述光電檢測器件接收經(jīng)過自由空間到達的具有LED燈具ID信息的光信號并且轉(zhuǎn)換為電信號，所述無線信號接收機接收射頻信道上的射頻信號并轉(zhuǎn)換為電信號。所述兩路電信號經(jīng)過自適應濾波和放大處理后濾去噪聲，獲得有效信號。

進一步地，擴頻調(diào)制后的信號分別加載到驅(qū)動電路上，驅(qū)動LED和發(fā)射天線分別發(fā)送光信號和射頻信號，光信號和射頻信號均載有CDMA擴頻碼。

進一步地，自由空間中的光信道和射頻信道，分別傳輸光信號和射頻信號。射頻信道具有較高的覆蓋范圍，使得它覆蓋幾乎整個空間。只有LED的ID通過光信道進行傳輸，相鄰信號間的射頻干擾和可見光干擾可使用CDMA來解決。

進一步地，所述光電檢測器件接收光信道傳輸過來的光信號并作光電變換，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。所述無線信號接收機接收射頻信道傳輸過來的射頻信號并將射頻信號轉(zhuǎn)化為電信號。進一步地，所述自適應濾波電路和放大電路將兩路電信號進行濾波和放大，濾去噪聲和放大有效信號。

進一步地，解調(diào)模塊將光信號接收端接收到的光信號進行OOK解調(diào)，再將無線信號接收端接收到的射頻信號以及前述經(jīng)OOK解調(diào)后的信號一同進行QPSK解調(diào)，再進行CDMA解擴后，可以得到LED的ID、接收端與發(fā)送端的信號到達時間差等有效信息。進一步地，利用TOA算法對接收端的位置進行準確計算即可實現(xiàn)精準定位。此系統(tǒng)具有廣闊市場前景，可應用于博物館、商場、餐廳和智能交通系統(tǒng)等。

作為一種實例的具體可見光定位，包括以下步驟：

步驟1、對每個LED燈具的ID信息進行QPSK調(diào)制、OOK調(diào)制和CDMA調(diào)制，調(diào)制后的信號驅(qū)動LED燈具發(fā)出光信號;同時，發(fā)射天線發(fā)射經(jīng)QPSK調(diào)制的射頻信號，該射頻信號同步的攜帶有CDMA擴頻碼;

步驟2、光信號經(jīng)過光信道傳輸，射頻信號經(jīng)過射頻信道傳輸，光信道和射頻信道均位于自由空間;

步驟3、接收端的光電檢測器件接收來自各個LED燈具的可見光信號后，經(jīng)過相應的信號處理獲得ID信息;

步驟4、根據(jù)擴頻碼的正交性，接收端使用與在該光信道上獲取的ID相對應的擴頻碼來解擴射頻信道上的射頻信號，進而實現(xiàn)對接收端位置的準確計算。

所述步驟1包括以下步驟：

步驟11、對每個LED燈具的ID信息進行QPSK調(diào)制和OOK基帶調(diào)制，調(diào)制后的信號的帶寬為B₁;

步驟12、將上述的調(diào)制信號經(jīng)過PN碼產(chǎn)生器進行擴頻操作后，形成帶寬為B₂的擴頻信號，且B₂遠大于B₁。

所述步驟1還包括以下步驟：

步驟21、對原始的射頻信號進行QPSK調(diào)制；

步驟22、將經(jīng)QPSK調(diào)制的信號進行同步的CDMA擴頻處理。

所述步驟 3包括以下步驟：

步驟31、所述可見光信號被接收端的光電檢測器件接收，經(jīng)過光電變換后形成電信號；

步驟 32、所述電信號經(jīng)過自適應濾波器濾去噪聲，再經(jīng)放大電路處理獲得有效信號；

步驟 33、CDMA 解擴模塊通過內(nèi)置的同步電路來捕捉 LED 燈具所發(fā)射的PN 碼的準確相位，由此產(chǎn)生與發(fā)送端相位一致的 PN 碼與所述解擴前的信號進行解擴處理，還原出 ID 信息。

所述步驟4包括以下步驟：

步驟 51、接收端接收所述射頻信號后，使用與在光信道上獲取的ID信息相對應的擴頻碼來解擴射頻信道上的信號；

步驟 52、接收端設有時間檢測裝置，當信號到達接收端時得到接收端與發(fā)送端的信號到達時間差，再利用TOA算法對接收端的位置進行準確計算。

上述實施例僅為本實用新型的一種實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。