CN101667850A - 脉冲体制超宽带同步方法 - Google Patents

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Abstract

脉冲体制超宽带同步方法以帧为数据传输的基本单元，每一帧分为前导符部分和数据部分，其中前导符部分发送已知的脉冲序列，用来进行信道估计与同步；数据部分携带要传输的信息；前导符部分分为正负脉冲序列与同向脉冲序列两个部分，前面为正负脉冲序列，包含奇数个极性正负交替的脉冲；后面为同向脉冲序列，由极性相同的脉冲组成，且同向脉冲序列中脉冲的极性与正负脉冲序列中最后一个脉冲的极性相同。该方法与高速采样低精度量化脉冲体制超宽带无线通信系统中的同步方法相比，具有同步精度高、所需存贮空间小、能够实时找到同步位置等优点，对脉冲体制超宽带无线通信技术的发展，具有重要的价值。

Description

脉冲体制超宽带同步方法
技术领域
本发明是一种在脉冲体制高速超宽带无线通信系统中实现快速同步的方法，属于短距离无线通信和信息传播技术领域。
背景技术
作为未来泛在无线通信的核心技术之一，超宽带(UWB)无线通信技术在近年来得到了广泛的关注，其研发取得了显著进展。
UWB技术一般可以分为脉冲体制和载波体制两种基本的实现方式。脉冲体制UWB通过基带脉冲序列传输信息，具有系统结构简单、成本低、功耗低等优点，在无线通信、测距、探测等领域具有广泛的用途；载波体制UWB采用成熟的调制连续载波以及正交频分复用(OFDM)等技术，频谱利用效率高、频谱资源使用灵活。脉冲体制UWB技术，在接收端可采用峰值检测、能量检测、模拟相关检测等方法，其处理性能受到模拟处理的限制，一般只能实现较低速率的无线通信和探测、定位等功能；在接收端也可以采用高速采样的方法，经过低精度量化，进行数字处理，具有性能稳定、易于集成的优点，并能够实现较高的无线传输速率。
高速采样的脉冲超宽带系统中，同步是实现的难点之一。已有的同步方法，利用同步序列的周期特性或伪随机特性，对采样得到的数据进行能量相关或滑动相关，得到对同步位置的估计。但在脉冲超宽带系统中，因为采样速率极高，受系统功耗、处理能力等的限制，只能对样值进行一比特或两比特的低精度量化，量化噪声很大，前述已有的同步方法不能应用。在此条件下，一种可行的方法是通过累积多个周期的信号，对信道冲激响应进行估计，并在此累积过程中，寻找信道估计的峰值位置，以此作为同步参考位置。这种方法是一个滑动累积的过程，运算量很大；而且因为峰值位置不能即时确定，需要检查足够长的时段才能确定，因而需要很大的存贮空间和处理延时。
发明内容
技术问题：本发明提出一种应用于高速采样低精度量化脉冲体制超宽带无线通信系统中的同步方法，具有同步速度快、精度高、实现复杂度低等优点。
技术方案：本发明提出的同步方法，其帧结构如图1所示。
该方法以帧为数据传输的基本单元，每一帧分为前导符部分和数据部分，其中前导符部分发送已知的脉冲序列，用来进行信道估计与同步；数据部分携带要传输的信息；前导符部分分为正负脉冲序列与同向脉冲序列两个部分，前面为正负脉冲序列，包含奇数个极性正负交替的脉冲；后面为同向脉冲序列，由极性相同的脉冲组成，且同向脉冲序列中脉冲的极性与正负脉冲序列中最后一个脉冲的极性相同。前导符部分的脉冲间隔相同。
同步方法如图2所示。采样得到的数据并行进入采样数据存贮器，采样数据存贮器的宽度等于每个脉冲周期内的样值数；采样数据存贮器的深度为正负脉冲序列长度；在初始状态下，采样数据存贮器中的值为0；每个时钟周期，新的采样数据从顶部进入采样数据存贮器；采样数据存贮器最底部的数据被移出；信道估计存贮器保存的是当前信道冲激响应的估计值，其初始值为0；在每个时钟周期，减法器将当前信道估计存贮器中的数据与采样数据存贮器最底部一行数据在对应位置相减，得到差值，送入反相器，反相器将这些差值乘以-1，送入加法器，加法器将反相器的输出和采样数据存贮器最顶部一行数据在对应位置相加，得到的和值送入延时器，延时器将这些值进行延时，在下一个时钟周期开始前更新信道估计存贮器中的值，在当前时钟周期，相关器将采样数据存贮器最顶部一行数据和信道估计存贮器中的数据进行相关，即将对应位置的数据相乘后再累加，相关结果输入判决器，判决器根据输入的相关结果进行判决，如果输入小于0，则输出0；如果输入大于或等于0，则输出1，判决器将判决结果送入先入先出队列，在初始状态下，先入先出队列中的值为1，每次判决器输入的数据从左边进入先入先出队列，并将先入先出队列中原来的数据依次向右移动，先入先出队列中最右边的数据被移出先入先出队列，求和比较器对先入先出队列中当前的所有数据进行求和运算，并将求和结果与预设的门限值相比较，当求和结果等于门限值时，输出同步信号，否则不输出。
有益效果：本发明提出的同步方法，适用于高速采样低精度量化的脉冲体制超宽带无线通信系统。与现有的同步方法相比，本发明提出的方法，具有同步精度高、所需存贮空间小、能够实时找到同步位置等优点，对脉冲体制超宽带无线通信技术的发展，具有重要的价值。
附图说明
图1为本发明的帧结构图。
图2为本发明提出的同步方法框图。
以上的图中有：采样数据存贮器1、信道估计存贮器2、减法器3、反相器4、加法器5、延时器6、相关器7、判决器8、先入先出队列9、求和比较器10。
具体实施方式
下面给出本发明的一种具体实施方式。
帧结构如图1所示。每一帧分为前导符部分和数据部分，其中前导符部分发送已知的脉冲序列，用来进行信道估计与同步；数据部分携带要传输的信息。前导符部分分为正负脉冲序列与同向脉冲序列两个部分，前面为正负脉冲序列，包含1023个极性正负交替的脉冲，其第一个脉冲为正脉冲；后面为同向脉冲序列，由10个正脉冲组成。前导符部分的脉冲间隔为60.6ns。
同步方法如图2所示。采样速率为4224MHz。采样得到的数据并行进入采样数据存贮器。采样数据存贮器的宽度为256，深度为1023。在初始状态下，采样数据存贮器中的值为0。每个时钟周期，新的采样数据从顶部进入采样数据存贮器；采样数据存贮器最底部的数据被移出。信道估计存贮器保存的是当前信道冲激响应的估计值，其存贮容量为1023个数据，每个数据为10比特数，且初始值为0。在每个时钟周期，减法器将当前信道估计存贮器中的1023个数据与采样数据存贮器最底部一行的1023个数据在对应位置相减，得到1023个差值，送入反相器。反相器将这些1023个差值乘以-1，送入加法器。加法器将反相器的输出和采样数据存贮器最顶部一行的1023个数据在对应位置相加，得到1023个和值，送入延时器。延时器将这些1023个值进行延时，在下一个时钟周期开始前更新信道估计存贮器中的值。在当前时钟周期，相关器将采样数据存贮器最顶部一行的1023个数据和信道估计存贮器中的1023个数据进行相关，即将对应位置的数据相乘后再将1023个积累加，相关结果输入判决器。判决器根据输入的相关结果进行判决，如果输入小于0，则输出0；如果输入大于或等于0，则输出1。判决器将判决结果送入先入先出队列。先入先出队列的长度为5，在初始状态下，先入先出队列中的值为1。每次判决器输入的数据从左边进入先入先出队列，并将先入先出队列中原来的数据依次向右移动，先入先出队列中最右边的数据被移出先入先出队列。求和比较器对先入先出队列中当前的所有5个数据进行求和运算，并将求和结果与预设的门限值相比较，预设门限值为2。当求和结果等于门限值2时，输出同步信号，否则不输出。

Claims (2)

1.一种脉冲体制超宽带同步方法，其特征在于该方法以帧为数据传输的基本单元，每一帧分为前导符部分和数据部分，其中前导符部分发送已知的脉冲序列，用来进行信道估计与同步；数据部分携带要传输的信息；前导符部分分为正负脉冲序列与同向脉冲序列两个部分，前面为正负脉冲序列，包含奇数个极性正负交替的脉冲；后面为同向脉冲序列，由极性相同的脉冲组成，且同向脉冲序列中脉冲的极性与正负脉冲序列中最后一个脉冲的极性相同。
2.如权利要求1所述的脉冲体制超宽带同步方法，其特征在于所述的同步方法具体为：采样得到的数据并行进入采样数据存贮器(1)，采样数据存贮器(1)的宽度等于每个脉冲周期内的样值数；采样数据存贮器(1)的深度为正负脉冲序列长度；在初始状态下，采样数据存贮器(1)中的值为0；每个时钟周期，新的采样数据从顶部进入采样数据存贮器(1)；采样数据存贮器(1)最底部的数据被移出；信道估计存贮器(2)保存的是当前信道冲激响应的估计值，其初始值为0；在每个时钟周期，减法器(3)将当前信道估计存贮器(2)中的数据与采样数据存贮器(1)最底部一行数据在对应位置相减，得到差值，送入反相器(4)，反相器(4)将这些差值乘以-1，送入加法器(5)，加法器(5)将反相器(4)的输出和采样数据存贮器(1)最顶部一行数据在对应位置相加，得到的和值送入延时器(6)，延时器(6)将这些值进行延时，在下一个时钟周期开始前更新信道估计存贮器(2)中的值，在当前时钟周期，相关器(7)将采样数据存贮器最顶部一行数据和信道估计存贮器(2)中的数据进行相关，即将对应位置的数据相乘后再累加，相关结果输入判决器(8)，判决器(8)根据输入的相关结果进行判决，如果输入小于0，则输出0；如果输入大于或等于0，则输出1，判决器(8)将判决结果送入先入先出队列(9)，在初始状态下，先入先出队列(9)中的值为1，每次判决器(8)输入的数据从左边进入先入先出队列(9)，并将先入先出队列(9)中原来的数据依次向右移动，先入先出队列(9)中最右边的数据被移出先入先出队列(9)，求和比较器(10)对先入先出队列(9)中当前的所有数据进行求和运算，并将求和结果与预设的门限值相比较，当求和结果等于门限值时，输出同步信号，否则不输出。
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