CN116545471A - 一种uwb通信系统的解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种UWB通信系统的解调方法，属于超宽带通信技术领域，包括以下步骤：步骤1、根据伪随机序列，计算扩频序列所在当前符号中的位置编号；步骤2、计算并存储该符号对应的本地扩频序列；步骤3、提取当前符号前半部分该位置编号的信号，提取当前符号后半部分该位置编号的信号；使用本地扩频序列对这两个信号分别进行解扩，得到两个解扩结果；步骤4、对这两个解扩结果进行和差运算；步骤5、判断和差运算结果的极性，获得解调结果。本发明提供的一种UWB通信系统的解调方法，使用多个可能位置的信息分别做解扩，并对解扩结果运算之后进行解调判决，消除了位置调制信息对于扩频极性信息的干扰，提高了稳定性。

Description

一种UWB通信系统的解调方法
技术领域
本发明涉及超宽带(Ultra-wide Bandwidth，UWB)通信技术领域，尤其是涉及一种UWB通信系统的解调方法。
背景技术
目前基于GNSS的室外定位技术相对成熟，但在室内，由于卫星信号受到遮挡而无法完成正常定位服务且定位精度不能满足服务需求。近年来人们对于高精度的定位服务的需求愈加强烈。UWB定位技术的诸多优点使得该技术能够实现高精度的室内定位，相比于其他无线定位技术，UWB具有抗干扰能力强、带宽极宽、传输速率快、功率消耗小等诸多优势。同时UWB在通信过程中需要携带测距信息、位置信息等数据，这些数据准确获取也决定了定位成功率。同时这些数据与UWB所处的环境一致，因此对于定位有影响的外界环境对于信息的获取同样造成干扰。因此数据解调的成功率需要具有与定位系统相当的性能，甚至更优的性能，以提高UWB定位系统的精度和稳定性。因此UWB通信系统的研究是UWB定位系统的基础，对其定位系统的性能发挥起到关键性的作用，是当前UWB技术研究的一个重点。
UWB定位和通信的基础信号形式为窄脉冲，窄脉冲按照一定的序列进行发送则携带了传输信息。这里采用扩频码对窄脉冲进行调制，因此UWB通信系统可以认为是一个扩频通信系统。目前应用较广泛的UWB通信协议为IEEE 802.15.4a/z协议，该协议支持的通信调制方式为Burst的位置调制BPM(Burst Position Modulation)，而每个burst则是一个携带传输信息的并经过扩频码调制的窄脉冲序列。每个UWB符号有多个位置可以放置该序列，该序列一般随机的处于某个符号的一个或两个随机的位置，从这个意义上来说，UWB通信系统属于跳时扩频通信系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种UWB通信系统的解调方法，该方法对脉冲序列可能的位置取信号进行解扩处理，将多个解扩结果进行运算，并依据运算结果判断其极性，查表得到传输信息。消除了传输信息之间的解调依赖关系，提高了解调的稳定性。
为实现上述目的，本发明提供一种UWB通信系统的解调方法，包括以下步骤：
步骤1、根据伪随机序列，计算扩频序列所在当前符号中的位置编号；
步骤2、计算并存储该符号对应的本地扩频序列；
步骤3、提取当前符号前半部分该位置编号的信号，提取当前符号后半部分该位置编号的信号；使用本地扩频序列对这两个信号分别进行解扩，得到两个解扩结果；
步骤4、对这两个解扩结果进行和差运算；
步骤5、判断和差运算结果的极性，获得解调结果。
优选的，所述步骤1中的位置编号只表明该符号的burst在UWB符号前半部分的编号或者后半部分的编号，并不能确定位于前半部分还是后半部分。
优选的，所述步骤1中位置的具体计算过程如下：
S11、选取对应该符号的一段序列，并计算得到该符号的burst位置编号，记伪随机序列为sn,n＝0,1,2,…，当前第k(k＝0,1,2)个符号所使用的一段序列为
其中m＝log2(Npos)，Npos为在一个T_bpm中burst可能的位置的数目，Ns为bit的选取间隔；
S12、计算对应的位置，具体计算方式为
其中，m＝log2(Npos)，Npos为在一个T_bpm中burst可能的位置的数目，sn为随机序列，n＝0，1，2，...，k＝0，1，2。
优选的，所述步骤2中计算并存储该符号对应的本地扩频序列的具体方法为：使用与发送端相同的伪随机序列初始值，通过伪随机码生成器不断计算产生伪随机码，对于当前第k个符号，产生所需长度N的若干个伪随机码并存储C＝[c0，c1，...cN-1]T，C为长度为N的本地序列。
优选的，所述步骤3中获得解扩结果的具体过程如下：
S31、提取当前符号前半部分中位置编号pk的一段burst信号
Sl＝[sl，0，sl，1，...sl，N-1]T
S32、提取当前符号后半部分中位置编号pk的一段burst信号
Sr＝[sr，0，sr，1，...sr，N-1]T
S33、使用本地扩频序列对这两段信号分别进行解扩，得到两个解扩结果
Dl＝CT*Sl
Dr＝CT*Sr
其中，C为长度为N的本地序列，Sl为截取接收信号前半部分中处于该位置的一段长度为N的信号，Sr为截取接收信号后半部分中处于该位置的一段长度为N的信号，Dl为接收信号前半部分的解扩值，Dr为接收信号后半部分的解扩值。
优选的，所述步骤4中对解扩结果进行和差运算的具体表达式如下：
Ds＝Dl+Dr
Dd＝Dl-Dr
其中，Dl为接收信号前半部分的解扩值，Dr为接收信号后半部分的解扩值。
优选的，所述步骤5中判断和差运算结果的极性需建立解调查找表，所述解调查找表的具体情况如下：
(1)如果发送信息为2’b00，则burst位于前一个T_bpm中，且Dl理论上为正，Dr为扩频序列与噪声解扩的结果理论上为0，这样Ds和Dd均为正；
(2)如果发送信息为2’b01，则Dl理论上为负，Dr为扩频序列与噪声解扩的结果理论上为0，这样Ds和Dd均为负；
(3)如果发送信息为2’b10，则Dl理论上为0，Dr理论上为正，这样Ds为正，Dd为负；
(4)如果发送信息为2’b11，则Dl理论上为0，Dr理论上为负，这样Ds为负，Dd为正。
因此，本发明采用上述一种UWB通信系统的解调方法，具有以下有益效果：
(1)使用多个可能位置的信息分别做解扩，并对解扩结果运算之后进行解调判决，消除了位置调制信息对于扩频极性信息的干扰，提高了稳定性。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明UWB通信系统的符号结构图；
图2为本发明UWB通信系统的解调流程图。
具体实施方式
实施例
以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是UWB通信系统的一种符号结构图。该符号分成前后两部分，每部分长度为T_bpm，每个T_bpm分成前后两部分，分别为Burst可能的位置和保护间隔。在通信发送过程中，每个UWB符号传输2bit信息，分别为位置信息和极性信息。待传输信息的极性位与扩频序列相乘，使用相乘结果对脉冲进行调制得到脉冲序列。根据伪随机序列得到当前符号的位置(在该图中位置的范围为[0，1，2，3])，所计算得到的位置和待传位置信息决定burst在该符号中的具体位置，之后将脉冲序列放到对应的burst位置，完成调制。
图2是一种UWB通信系统的解调流程图。其处理流程为：1)根据伪随机序列，计算扩频序列所在当前符号中的位置编号；此时得到的位置编号，表明该符号的burst在UWB符号前半部分的编号或者后半部分的编号，并不能确定位于前半部分还是后半部分。2)计算并存储该符号对应的本地扩频序列；3)提取当前符号前半部分该位置编号的信号，提取当前符号后半部分该位置编号的信号；使用本地扩频序列对这两个信号分别进行解扩，得到两个解扩结果；4)对这两个解扩结果进行和差运算；5)判断和差运算结果的极性，获得解调结果。
上述5个步骤具体的处理过程如下：
1)位置计算。该步骤使用与发送端相同的伪随机序列，按照一定的方法选取对应该符号的一段序列，并计算得到该符号的burst位置编号。我们记伪随机序列为sn，n＝0，1，2，...，当前第k(k＝0，1，2)个符号所使用的一段序列为
其中m＝log2(Npos)，Npos为在一个T_bpm中burst可能的位置的数目，在图例中为4。Ns为bit的选取间隔。计算方式为
2)计算并存储本地扩频序列。具体方法为使用与发送端相同的伪随机序列初始值，通过伪随机码生成器不断计算产生伪随机码。对于当前第k个符号，产生所需长度N的若干个伪随机码并存储C＝[c0，c1，...cN-1]T，用于解扩计算。
3)提取当前符号前半部分中位置编号pk的一段burst信号
Sl＝[sl，0，sl，1，...sl，N-1]T
提取当前符号后半部分中位置编号pk的一段burst信号Sr＝[sr，0，sr，1，...sr，N-1]T
使用本地扩频序列对这两段信号分别进行解扩，得到两个解扩结果
Dl＝CT*Sl
Dr＝CT*Sr
其中，上标T表示矩阵转置，C为长度为N的本地序列，Sl为截取接收信号前半部分中处于该位置的一段长度为N的信号，Sr为截取接收信号后半部分中处于该位置的一段长度为N的信号，Dl为接收信号前半部分的解扩值，Dr为接收信号后半部分的解扩值；
4)对这两个解扩结果进行和差运算；
Ds＝Dl+Dr
Dd＝Dl-Dr
其中，Dl为接收信号前半部分的解扩值，Dr为接收信号后半部分的解扩值。
5)判断和差运算结果的极性，获得解调结果。具体来说，在发送端，所传输2bit信息的前一位为位置调制信息，后一位为极性调制信息。如果位置调制信息为0，则将burst放置在前一个T_bpm中；如果位置调制信息为1，则将burst放置在后一个T_bpm中。如果极性调制信息为0，则扩频序列乘以+1之后对脉冲进行调制；如果极性调制信息为1，则扩频序列乘以-1之后对脉冲进行调制。这样的话，如果发送信息为2’b00，则burst位于前一个T_bpm中，且Dl理论上为正，Dr为扩频序列与噪声解扩的结果理论上为0，这样Ds和Dd均为正；如果发送信息为2’b01，则Dl为负，Dr为扩频序列与噪声解扩的结果理论上为0，这样Ds和Dd均为负；如果发送信息为2’b10，则Dl为接近0，Dr为正，这样Ds为正，Dd为负；如果发送信息为2’b11，则Dl为接近0，Dr为负，这样Ds为负，Dd为正；这样我们建立如表一的解调查找表：
表一
Ds Dd 解调结果
+ + 2’b00
+ - 2’b10
- + 2’b11
- - 2’b01
从而完成硬判决解调输出。该实施例以附图为例选取了符号长度较短且比较简单的二进制BPM调制的解调。
因此，本发明采用上述一种UWB通信系统的解调方法，使用多个可能位置的信息分别做解扩，并对解扩结果运算之后进行解调判决，消除了位置调制信息对于扩频极性信息的干扰，提高了稳定性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种UWB通信系统的解调方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据伪随机序列，计算扩频序列所在当前符号中的位置编号；
步骤2、计算并存储该符号对应的本地扩频序列；
步骤3、提取当前符号前半部分该位置编号的信号，提取当前符号后半部分该位置编号的信号；使用本地扩频序列对这两个信号分别进行解扩，得到两个解扩结果；
步骤4、对这两个解扩结果进行和差运算；
步骤5、判断和差运算结果的极性，获得解调结果。
2.根据权利要求1所述的一种UWB通信系统的解调方法，其特征在于：所述步骤1中的位置编号只表明该符号的burst在UWB符号前半部分的编号或者后半部分的编号，并不能确定位于前半部分还是后半部分。
3.根据权利要求1所述的一种UWB通信系统的解调方法，其特征在于，所述步骤1中位置的具体计算过程如下：
S11、选取对应该符号的一段序列，并计算得到该符号的burst位置编号，记伪随机序列为sn,n＝0,1,2,…，当前第k(k＝0,1,2)个符号所使用的一段序列为
其中m＝log2(Npos)，Npos为在一个T_bpm中burst可能的位置的数目，Ns为bit的选取间隔；
S12、计算对应的位置，具体计算方式为
其中，m＝log2(Npos)，Npos为在一个T_bpm中burst可能的位置的数目，sn为随机序列，n＝0,1,2,…，k＝0,1,2。
4.根据权利要求3所述的一种UWB通信系统的解调方法，其特征在于，所述步骤2中计算并存储该符号对应的本地扩频序列的具体方法为：使用与发送端相同的伪随机序列初始值，通过伪随机码生成器不断计算产生伪随机码，对于当前第k个符号，产生所需长度N的若干个伪随机码并存储C＝[c0,c1,…cN-1]T，C为长度为N的本地序列。
5.根据权利要求4所述的一种UWB通信系统的解调方法，其特征在于，所述步骤3中获得解扩结果的具体过程如下：
S31、提取当前符号前半部分中位置编号pk的一段burst信号
Sl＝[sl,0,sl,1,…sl,N-1]T
S32、提取当前符号后半部分中位置编号pk的一段burst信号
Sr＝[sr,0,sr,1,…sr,N-1]T
S33、使用本地扩频序列对这两段信号分别进行解扩，得到两个解扩结果
Dl＝CT*Sl
Dr＝CT*Sr
其中，C为长度为N的本地序列，Sl为截取接收信号前半部分中处于该位置的一段长度为N的信号，Sr为截取接收信号后半部分中处于该位置的一段长度为N的信号，Dl为接收信号前半部分的解扩值，Dr为接收信号后半部分的解扩值。
6.根据权利要求5所述的一种UWB通信系统的解调方法，其特征在于，所述步骤4中对解扩结果进行和差运算的具体表达式如下：
Ds＝Dl+Dr
Dd＝Dl-Dr
其中，Dl为接收信号前半部分的解扩值，Dr为接收信号后半部分的解扩值。
7.根据权利要求6所述的一种UWB通信系统的解调方法，其特征在于：所述步骤5中判断和差运算结果的极性需建立解调查找表，所述解调查找表的具体情况如下：
(1)如果发送信息为2’b00，则burst位于前一个T_bpm中，则Dl理论上为正，Dr为扩频序列与噪声解扩的结果理论上为0，这样Ds和Dd均为正；
(2)如果发送信息为2’b01，则Dl理论上为负，Dr为扩频序列与噪声解扩的结果理论上为0，这样Ds和Dd均为负；
(3)如果发送信息为2’b10，则Dl理论上为0，Dr理论上为正，这样Ds为正，Dd为负；
(4)如果发送信息为2’b11，则Dl理论上为0，Dr理论上为负，这样Ds为负，Dd为正。
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