本发明涉及一种可见光定位方法，特别涉及一种基于CDMA/RF融合通信的可见光定位方法及系统。
背景技术：
随着人民生活水平的提高，以及经济和科技的不断发展，人们对导航和定位服务的需求日益增大。全球定位系统GPS覆盖范围广、定位精度高、功能全、技术成熟，但是由于GPS卫星发射的信号不能有效透过建筑物，致使其在很多室内环境不能进行精准定位。
近年来，可见光通信技术已经引起国内外众多专家学者的关注，VLC在多个领域已有涉足，并且取得一定进展，如LiFi的提出。可见光通信可能的应用前景包括室内短距离无线接入、室内定位、城市环境下的智能交通网络等等。若将可见光通信技术应用于定位，与传统的定位技术相比具有诸多优点，如无电磁干扰、附加模块少、定位精度高、保密性好、兼顾通信与照明等。这使得可见光定位方法受到广泛重视。
然而，光信道易受天气状况和环境光的干扰，当障碍物出现时光链路中断。而且，由于多径效应和不同LED灯具的码间干扰的存在，定位的精度大打折扣。
技术实现要素：
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于CDMA/RF融合通信的可见光定位方法及系统。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种基于CDMA/RF融合通信的可见光定位方法，其包括以下步骤：
步骤1、对每个LED灯具的ID信息进行QPSK调制、OOK调制和CDMA调制，调制后的信号驱动LED灯具发出光信号;同时，发射天线发射经QPSK调制的射频信号，该射频信号同步的携带有CDMA扩频码;
步骤2、光信号经过光信道传输，射频信号经过射频信道传输，光信道和射频信道均位于自由空间;
步骤3、接收端的光电检测器件接收来自各个LED灯具的可见光信号后，经过相应的信号处理获得ID信息;
步骤4、根据扩频码的正交性，接收端使用与在该光信道上获取的ID相对应的扩频码来解扩射频信道上的射频信号，进而实现对接收端位置的准确计算。
进一步地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤11、对每个LED灯具的ID信息进行QPSK调制和OOK基带调制，调制后的信号的带宽为B1;
步骤12、将上述的调制信号经过PN码产生器进行扩频操作后，形成带宽为B2的扩频信号，且B2远大于B1。
进一步地，所述步骤1还包括以下步骤：
步骤21、对原始的射频信号进行QPSK调制；
步骤22、将经QPSK调制的信号进行同步的CDMA扩频处理。
进一步地，所述步骤 3包括以下步骤：
步骤31、所述可见光信号被接收端的光电检测器件接收，经过光电变换后形成电信号；
步骤 32、所述电信号经过自适应滤波器滤去噪声，再经放大电路处理获得有效信号；
步骤 33、CDMA 解扩模块通过内置的同步电路来捕捉 LED 灯具所发射的PN 码的准确相位，由此产生与发送端相位一致的 PN 码与所述解扩前的信号进行解扩处理，还原出 ID 信息。
进一步地，所述步骤4包括以下步骤：
步骤 51、接收端接收所述射频信号后，使用与在光信道上获取的ID信息相对应的扩频码来解扩射频信道上的信号；
步骤 52、接收端设有时间检测装置，当信号到达接收端时得到接收端与发送端的信号到达时间差，再利用TOA算法对接收端的位置进行准确计算。
实现上述方法的基于CDMA/RF融合通信的可见光定位系统，包括调制模块、发射模块、传输模块、接收模块和解调模块；
所述调制模块用于实现QPSK调制、OOK基带调制和CDMA扩频；所述发射模块包括LED驱动电路、LED灯具和发射天线；所述传输模块包括自由空间中的光信道和射频信道；所述接收模块包括光电检测器件、无线信号接收机、自适应滤波电路和放大电路；所述解调模块用于实现OOK解调、QPSK解调和CDMA解扩；所述调制模块包括QPSK调制模块、OOK基带调制模块、CDMA扩频模块。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明通过利用CDMA调制技术中扩频码的正交性，在克服了码间干扰的同时，增加了信道的容量，提升了通信质量。
（2）本发明利用RF通信的稳定性，不易受到环境因素的干扰，能够实现稳定的通信。
（3）本发明解决了纯可见光通信系统在覆盖范围的限制与不足，同时保持了它基于定位的通信的能力，在导航和定位服务方面提供了更好的用户体验。
（4）本发明利用可见光通信的方向性和无线通信的稳定性进行定位，混合部署两种不同的通信技术，实现技术互补。
附图说明
图1为本发明的一种基于CDMA/RF融合通信的可见光定位方法的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。
实施例1
如图1所示，一种基于CDMA/RF融合通信的可见光定位系统，包括调制模块、发射模块、传输模块、接收模块、解调模块。
所述调制模块包括QPSK调制、OOK基带调制和CDMA扩频。所述发射模块包括LED驱动电路、LED灯具和发射天线。所述传输模块包括自由空间中的光信道和射频信道。所述接收模块包括光电检测器件、无线信号接收机、自适应滤波电路和放大电路。所述解调模块包括OOK解调、QPSK解调和CDMA解扩。
所述调制模块包括QPSK调制模块、OOK基带调制模块、CDMA扩频模块。QPSK具有四个星座位置，在实际实现时，将00映射为-1-1i，将01映射为-1+1i，将10映射为1+1i，将11映射为1+1i，并乘以归一化因子。QPSK采用4进制PSK调制，每种相位可表示两位二进制信息，其编码效率较高。OOK调制以单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭，具有简单节能的优点。CDMA扩频使用信道化编码、基站码和用户码，将经过基带调制后的信号与用户特定的PN码相乘进行扩频。所述PN码采用m 序列作为信道的编码，Walsh序列作为地址编码。所述Walsh码可以通过哈达玛矩阵产生，生成一组具有良好相关性的二进制序列。
所述调制模块将经QPSK调制和OOK调制的信号进行CDMA扩频，具体操作为将调制后的信号和用户特定的PN码相乘进行扩频，所述PN码采用m 序列作为信道的编码，Walsh序列作为地址编码。所述Walsh码可以通过哈达玛矩阵产生，生成一组具有良好相关性的二进制序列。同时，将QPSK调制后的数据送予发射天线，并同时使用相同的PN码进行CDMA扩频。
所述传输模块包括自由空间中的光信道和射频信道，光信道用于传输光信号，射频信道用于传输射频信号。射频信道具有较高的覆盖范围，使得它覆盖几乎整个空间。只有LED的ID，通过光信道进行传输，使用CDMA来解决相邻信号的射频干扰和可见光干扰。
所述接收模块包括光电检测器件、无线信号接收机、自适应滤波电路和放大电路，所述光电检测器件接收经过自由空间到达的具有LED灯具ID信息的光信号并且转换为电信号，所述无线信号接收机接收射频信道上的射频信号并转换为电信号。所述两路电信号经过自适应滤波和放大处理后滤去噪声，获得有效信号。
进一步地，扩频调制后的信号分别加载到驱动电路上，驱动LED和发射天线分别发送光信号和射频信号，光信号和射频信号均载有CDMA扩频码。
进一步地，自由空间中的光信道和射频信道，分别传输光信号和射频信号。射频信道具有较高的覆盖范围，使得它覆盖几乎整个空间。只有LED的ID通过光信道进行传输，相邻信号间的射频干扰和可见光干扰可使用CDMA来解决。
进一步地，所述光电检测器件接收光信道传输过来的光信号并作光电变换，将光信号转化为电信号。所述无线信号接收机接收射频信道传输过来的射频信号并将射频信号转化为电信号。进一步地，所述自适应滤波电路和放大电路将两路电信号进行滤波和放大，滤去噪声和放大有效信号。
进一步地，解调模块将光信号接收端接收到的光信号进行OOK解调，再将无线信号接收端接收到的射频信号以及前述经OOK解调后的信号一同进行QPSK解调，再进行CDMA解扩后，可以得到LED的ID、接收端与发送端的信号到达时间差等有效信息。进一步地，利用TOA算法对接收端的位置进行准确计算即可实现精准定位。此系统具有广阔市场前景，可应用于博物馆、商场、餐厅和智能交通系统等。
本实例的具体可见光定位方法，包括以下步骤：
步骤1、对每个LED灯具的ID信息进行QPSK调制、OOK调制和CDMA调制，调制后的信号驱动LED灯具发出光信号;同时，发射天线发射经QPSK调制的射频信号，该射频信号同步的携带有CDMA扩频码;
步骤2、光信号经过光信道传输，射频信号经过射频信道传输，光信道和射频信道均位于自由空间;
步骤3、接收端的光电检测器件接收来自各个LED灯具的可见光信号后，经过相应的信号处理获得ID信息;
步骤4、根据扩频码的正交性，接收端使用与在该光信道上获取的ID相对应的扩频码来解扩射频信道上的射频信号，进而实现对接收端位置的准确计算。
所述步骤1包括以下步骤：
步骤11、对每个LED灯具的ID信息进行QPSK调制和OOK基带调制，调制后的信号的带宽为B1;
步骤12、将上述的调制信号经过PN码产生器进行扩频操作后，形成带宽为B2的扩频信号，且B2远大于B1。
所述步骤1还包括以下步骤：
步骤21、对原始的射频信号进行QPSK调制；
步骤22、将经QPSK调制的信号进行同步的CDMA扩频处理。
所述步骤 3包括以下步骤：
步骤31、所述可见光信号被接收端的光电检测器件接收，经过光电变换后形成电信号；
步骤 32、所述电信号经过自适应滤波器滤去噪声，再经放大电路处理获得有效信号；
步骤 33、CDMA 解扩模块通过内置的同步电路来捕捉 LED 灯具所发射的PN 码的准确相位，由此产生与发送端相位一致的 PN 码与所述解扩前的信号进行解扩处理，还原出 ID 信息。
所述步骤4包括以下步骤：
步骤 51、接收端接收所述射频信号后，使用与在光信道上获取的ID信息相对应的扩频码来解扩射频信道上的信号；
步骤 52、接收端设有时间检测装置，当信号到达接收端时得到接收端与发送端的信号到达时间差，再利用TOA算法对接收端的位置进行准确计算。
上述实施例仅为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。