CN101447964A

CN101447964A - 正交载波超宽带同步系统方案

Info

Publication number: CN101447964A
Application number: CNA2008101157457A
Authority: CN
Inventors: 蒋挺; 周正; 陈乔乔
Original assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Beijing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-06-03

Abstract

本发明给出了一种正交载波超宽带同步系统，通过正交载波调制将同步信号和需要传送的信息信号分别调制在两路正交的载波上，然后经过传输信道后分别通过解正交载波和针对同步头的滑动相关解调寻找同步头，测量信道特性，最后再将这个信道特性用于另外一路的信息信号解调中。这种同步方法具有同步性能优越，收发时间短，减少功耗的优点。该系统由信号发射端、传输信道和信号接收端三个部分组成(见附图)。

Description

正交载波超宽带同步系统方案

技术领域

本发明专利是一种超宽带(UWB)通信同步系统，尤其将正交载波调制技术引用到了其中。

背景技术

目前市场上常见的超宽带设备的同步，通常是基于“同步头+信息信号”的信息结构，其具有技术简单，成本低等优点，但同样也有收发信时间长、功耗高等缺点，并不适用于超宽带的低功耗高同步精度的要求。

超宽带技术是一种利用极窄脉冲传输数据的带宽极宽的无线通信技术。主要优势是：通信带宽极宽、抗多径衰落能力强、隐蔽性好。超宽带技术中使用极窄脉冲传输数据，因而具有抗干扰能力强、保密性好的优点，同时还具有低功耗、低成本、灵活安全和电磁污染小等特点。超宽带技术的特点可以归纳为以下几点：

● 频带宽；

● 传输速率高；

● 功率低，功耗小；

● 抗多径能力强；

● 定位\定时精度高；

● 超宽带收发机结构简单，成本低；

● 穿透能力强；

现行的超宽带同步技术和常用的无线同步技术一样，使用的是“同步头+信息信号”的信息结构；具体的超宽带同步技术包括以下几种：

· 基本滑动相关捕获方法；

· 最大似然捕获方法；

· 序列搜索法；

· 忙信道相关法等。

而这些同步方法的信号结构均是同步头(训练序列)+信息信号，这种结构发送的数据包长，发射和接收信息的时间长，功耗大，不利于超宽带小功耗的特点。而我们希望可以在传输同步头的同时传输信息信号，并且提高系统的同步性能，因此我们使用正交载波调制来实现这一方案。

一般来说，正交载波调制的作用是提高频谱利用率，而超宽带本身的频谱范围就很宽，所以正交载波调制在这个方面对于超宽带来说没有很重要的意义。但是对于超宽带来说，精确的脉冲同步是很重要的。超宽带通信系统采用发送前同步码的方法来实现同步，但由于使用的前同步码长度有限，所以在噪声或多径效应干扰下仍然有可能找不到同步头，从而无法解调出传送的信息信号。所以考虑可以在应用前同步头的基础上再加一重保证措施，使得同步精度可以进一步提高。这时我们使用正交载波调制中载波的正交特性将超宽带信号和同步头做正交联合调制，那么可以进一步保证同步的精确性。

从QPSK、QAM等正交调制技术可以看出，将信号分别调制应用了正交载波的正交特性，而这种特性正是正交波形调制的理论基础和保证。现在要在超宽带系统中应用这种正交波形调制技术来提高同步精度，我们希望可以在其中一路发射信号上留出同步头，这样可以在解调时以尽量小的代价和时间来完成系统的同步。因此不能在发射端将同步头和信息信号一起串并变换分别调制，所以最后将超宽带的同步码和信息信号分别调制在正交载波上。

正交波形调制的超宽带信号不仅可以提高系统的同步精度以及增加一定的频谱利用率，同时由于系统可以同时传送信息信号和同步信号，加大了数据吞吐速率，因而还可以起到提高系统数据传送速率、节约能量的作用。

正交载波超宽带技术的这些优势，为其在提高超宽带系统同步性能的应用提供了条件。

发明内容

本专利的目的是提供一种超宽带同步系统，为了达到减少系统收发信时间、降低超宽带设备功耗以及提高系统同步精度的目标，本系统运用正交载波调制技术，具有同步精度高、系统收发信时间短的特点，为提高超宽带系统同步性能提供了前所未有的技术基础。

在充分分析超宽带技术以及正交载波调制技术特点的基础上，本专利提出了基于正交载波调制的超宽带同步系统方案，主要达到以下目的：

● 利用正交载波调制技术对超宽带发射信号进行调制，提供从高同步性能的超宽带系统。

● 发射端负责将同步头和信息信号利用正交载波调制技术调制为发射信号。

● 接收端利用正交载波的正交性将接收到的信号解载波。

● 在接收端，完成了对正交载波的解载波之后，使用本地信号模板做滑动相关，寻找同步头。

● 完成同步之后，利用找到的信道参数完成对信息的检测。

本专利所采取的技术方案如下：

正交载波超宽带同步系统，由发射信号端、通信信道和接收信号端组成，发射信号端将同步头和信息信号分别调制到两路正交载波上，将其合为一路作为发射信号传输；当信号经过信道受到噪声和信道时延的影响后，信号接收端首先利用正交载波的正交性完成解正交载波，然后在调制了同步头的那一路信号上完成针对同步头的滑动相关检测；完成同步的同时完成信道检测，之后将检测出的信道特性用于另一路信号的信息解调中，解调出所需的信息信号，完成通信的要求。

系统各组成部分说明如下：

(1)信号发射端：利用高斯一阶导和高斯二阶导做正交载波，分别调制同步头与信息信号，合成后发射，具有以下功能：

a 脉冲成形：采用的是超宽带chirp信号；

b 正交调制：将信息信号与同步头分别调制在正交载波上，再合成为一路；

c 信号发射：实现调制完成的信号的发射功能。

(2)通信信道：传输信号所要经过的信道。

a 信号经过通信信道传输后会产生传输时延体现在接收信号上；

b 在两径通信信道中，信号会存在多径问题；

c 信号在传输中会受到噪声的干扰。

(3)信号接收端：

a 利用正交载波的正交性对接收信号进行解载波；

b 对于同步头做滑动相关，完成信号的同步和信道测量；

c 将信道特性用于信息的解调中，完成通信的任务。

仿真验证结果说明如下：

● 图2是仿真具体应用的正交载波的波形，即高斯一阶导和高斯二阶导波形。图3和图4分别是是发射端的同步码序列和待发射的信息码序列。而经过正交载波调制后的波形图如图5所示。而经过信道后在接收端解调出来的信息信号如图6所示。由此我们可以看出该系统可以很好的完成信息信号和同步头同时传输的过程。

● 图7是使用了正交载波调制和一般的使用“同步头+信息信号”信号结构的同步性能比较图，从中我们可以看到正交载波系统的同步性能有很大的提高。

综上所述，超宽带(UWB)通信同步系统创新点如下：

● 本通信同步系统采用了正交载波超宽带技术，可以大幅度的提高系统的同步性能，并且减少收发信时间。

● 本通信同步系统由于同步性能高，功耗小，从而十分适合超宽带系统。

● 本通信同步系统首次将正交载波调制应用在超宽带同步技术中，使用正交载波的正交性和同步头滑动相关联合保证系统的同步性能。

附图说明

为了使本发明容易理解和实现，现在通过参考附图进行说明，附图中相似的附图标记是指所有各个视图中同样的或功能相似的部件。这些附图和下面的详细说明一起被包含进来并形成说明书的一部分，以进一步解释各种原理和优点，其中：

图1是超宽带通信同步系统框图，示意了由正交调制同步与信息信号到完成整个系统的同步与通信的全过程。

图2为仿真具体应用的正交载波的波形，即高斯一阶导和高斯二阶导波形。

图3经脉冲形成后，发射端的同步码序列图

图4经脉冲形成后，待发射的信息码序列图。

图5经过正交载波调制后的波形图。

图6经过信道后在接收端解调出来的信息信号，由此我们可以看出该系统可以很好的完成信息信号和同步头同时传输的过程。

图7为使用了正交载波调制和一般的使用“同步头+信息信号”信号结构的同步性能比较图，从中我们可以看到正交载波系统的同步性能有很大的提高。

具体实施方式

超宽带通信同步系统，核心部分是信号的正交调制与同步解调两个部分。

参考图1，超宽带通信同步系统由发射、信道以及接收三个部分组成。同步头与信息信号在发射端调制了之后发射入信道，在接收端再利用正交性完成同步解调，从而达成通信的目的。

Claims

1.正交载波超宽带同步系统由信号发射端、通信信道和信号接收端组成，其特征是：在发射端对信息信号和同步头进行正交调制，在接收端完成同步解调。

2.系统完成同步的方法，其特征在于：所述方法应用了正交载波调制技术。

3.如权利要求2所述的调制方法，其特征是：利用正交载波调制将同步头与信息信号合为一路传输，其方式如下：首先将同步头与信息信号分别调制在两路正交载波上，再将两路调制后的信号相加，所得即为需传输的信号。

4.如权利要求2所述的解调方法，其特征是：利用正交载波的正交性将接收到的信号分别乘以调制时使用的正交载波，这样只有乘以相对应的正交载波的那一路信号才可以完成解载波，得到初始信号，混杂在其中的另外一路信号会由于正交性得到为零，不会影响系统性能。