CN201178411Y - 脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备，可有效解决现有设备随着多径时延或传输速率的增加而明显恶化、UWB信道中信道估计困难、同步要求较高的问题，其解决的技术方案是，由发射机和接收机两部分组成，发射机是由微控制器IC1及其输出端上相接的超宽带窄脉冲发生器，超宽带窄脉冲发生器经电容C1串接的超宽带发射放大器及超宽带发射天线构成，接收机由微控制器IC2及其输入端上相接积分器和第二四相乘法器，第二四相乘法器上串接有第一四相乘法器、功分器，功分器经电容C2串接有超宽带接收放大器、低通滤波器和超宽带接收天线构成。本实用新型新颖独特，体积小，安装使用方便、性能好，是通讯设备上的一个创新。
Description
一、技术领域
本实用新型涉及电信设备，特别是一种脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备。
二、背景技术
20世纪60年代，现代意义的超宽带技术出现在美军的战术通信领域的研究中。作为美国军方专属使用的技术，UWB技术具有强抗干扰能力、低功耗、小型化以及高精度测距等突出优点，因此长期为美国军方所垄断。鉴于UWB技术在民用领域同样具有广阔的应用前景，2002年，随着FCC确定UWB辐射模板，标志着美国军方正式将其解禁，允许UWB民用通信系统投入使用。
目前，国外超宽带无线通信技术的研究主要集中在民用与军用两个领域。其中民用领域的研究主要集中在短距离(10米以内)、高速率(几百Mbit/s乃至上Gbit/s)无线传输等方面。与民事方面研究不同的是，军事应用领域更为广泛，主要围绕着军用传感器网络通信、高抗干扰战术组网电台、非视距UWB电台、非对称高速UWB电台、UWB探测雷达、舰船及飞机内部通信系统以及高精度战场测距定位系统等方面展开研究的。
由于高速模数(A/D)转换器件的限制，基于脉冲体制的传统UWB系统接收机往往采用模拟相关的方法来实现对UWB信号的检测。但这种结构的接收机存在着同步时间长、结构相对复杂以及信道估计困难等不足，因此在无线传感器网络的应用领域受到了限制。针对无线传感器网络快速同步、结构简单且具备多速率、多址能力的应用要求，国外的相关研究单位提出了基于发送参考(TR，Transmitted-Reference)思想的脉冲超宽带体制。
美国的Ralph Hoctor与Harold Tomlinson提出了标准发送参考脉冲超宽带体制(TR-UWB，Transmitted-Reference Ultra-Wideband)。同时，该研究小组给出了基于跳延时的发送参考型脉冲超宽带系统(DHTR，Delay-HoppedTransmitted-Reference Ultra-Wideband)的实用化方案。该方案具备了发送参考体制的优点，但由于采用了适当长度的同轴线作为模拟延时器件，因此存在着集成化和进一步小型化的困难。随后，国外研究人员相继提出了一系列针对标准TR-UWB系统的改进型结构，其性能的提升往往建立在采用数量更多的模拟延时器件的基础之上，从而使小型化和集成化设计更为困难。因此，这种基于延时的发送参考型脉冲超宽带系统方案不能很好地满足传感器节点的小型化要求。
针对基于延时发送参考体制的不足，美国的Dennis Goeckel和Qu Zhang提出了基于频偏的发送参考脉冲超宽带(FSR-UWB，SlightlyFrequency-Shifted Reference Ultra-Wideband)系统。同时，该研究小组给出了物理实现方案，该方案不需要采用模拟延时器件，从而有利于集成化设计，但由于其性能与多径扩展时延相关，因此随着传输距离或传输速率的提高，其性能急剧恶化，因此其传输速率无法进一步提升，其设备更新势在必行。
三、实用新型内容
针对上述情况，本实用新型之目的就是提供一种脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备，可有效解决现有设备中码正交发送参考调制与解调随着多径时延或传输速率的增加而明显恶化、UWB信道中信道估计困难、同步要求较高的问题，其解决的技术方案是，该实用新型由发射机和接收机两部分组成，两部分分别装在控制箱体内，发射机是由微控制器IC1及其输出端上相接的超宽带窄脉冲发生器，超宽带窄脉冲发生器经电容C1串接的超宽带发射放大器及超宽带发射天线构成，接收机由微控制器IC2及其输入端上相接积分器和第二四相乘法器，第二四相乘法器上串接有第一四相乘法器、功分器，功分器经电容C2串接有超宽带接收放大器、低通滤波器和超宽带接收天线构成。本实用新型结构新颖独特，体积小，安装使用方便，小型集成化，性能好，是通讯设备上的一个创新。
四、附图说明
附图为本实用新型的发射机-接收机结构图。
五、具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
由附图给出，本实用新型是由发射机和接收机两部分组成，两部分分别装在控制箱体内，发射机是由微控制器IC11及其输出端上相接的超宽带窄脉冲发生器6，超宽带窄脉冲发生器经电容C17串接有超宽带发射放大器8及超宽带发射天线9构成，接收机由微控制器IC222及其输入端上相接积分器17和第二四相乘法器16，第二四相乘法器上串接有第一四相乘法器15、功分器，功分器14经电容C213串接有超宽带接收放大器12、低通滤波器11和超宽带接收天线10构成；
发射机的微控制器IC11的输出端与超宽带窄脉冲发生器6输入端相联，超宽带窄脉冲发生器的输出端经电容C17同超宽带发射放大器8的输入端相连，超宽带发射放大器的输出端同超宽带发射天线9相连；
接收机的积分器17的输出端接微控制器IC222的输入端，积分器17的输入端同第二四相乘法器16的输出端相接，第二四相乘法器16的输入端同第一四相乘法器15的输出端相接，第一四相乘法器15的输入端同功分器14的输出端相接，功分器14的输入端经电容C213接超宽带接收放大器12的输出端，超宽带接收放大器12的输入端同低通滤波器11的输出端相连，低通滤波器11的输入端上接有超宽带接收天线10；
所说的微控制器IC1、IC2为PIC18F1320，其中微控制器IC1中置有正交码产生模块4、码变换模块2、乘法模块3、加“1”模块5，正交码产生模块4同乘法模块3相连，码变换模块2同乘法模块3相连，乘法模块3输出端同加“1”模块输入端相连，加“1”模块输出端同超宽带窄脉冲发生器6的输入端相连；
微控制器IC2中置有正交码波形产生模块18、积分窗口控制模块19、采样模块20和判决模块21，正交码波形产生模块18同第二四相乘法器16相接，积分窗口模块19同积分器17相接，采样模块20同积分器17输出端相接，采样模块20的输出接判决模块21；
上述各器件均为市售产品，其中所称的模块是编制程序信号数字(数字编码程序模块)。
本实用新型的使用情况是，微控制器IC11通过输入端收到数据后，将数据送到码变换模块2，对数据进行重复编码和极性变换，输出的数据送到乘法模块3；
正交码产生模块4产生一个码长与重复编码的长度相同并且与全“1”码相互正交的正交码送到乘法模块3；
乘法模块3将码变换模块2送过来的数据与正交码相乘，输出的数据送到加“1”模块5；
加“1”模块5对乘法模块3送过来的数据进行加“1”运算后通过微控制器IC1输出端输出触发序列，用以触发超宽带窄脉冲发生器6产生超宽带窄脉冲串；
超宽带窄脉冲发生器6产生的窄脉冲串经隔直流电容C17进入超宽带发射放大器8；
超宽带发射放大器8将窄脉冲串放大后送到超宽带发射天线9，由超宽带发射天线9将射频信号发射出去；
接收机的超宽带接收天线10接收到射频信号后，送到低通滤波器11滤波，经过滤波后的信号送到超宽带接收放大器12，超宽带接收放大器12将信号放大后输出；
超宽带接收放大器12输出的信号经隔直流电容C213被送到功分器14，功分器14输出两路相同的信号并同时被送到第一四相乘法器15进行乘法运算；
微控制器IC222内部的正交码波形产生模块18产生正交码波形信号，经微控制器IC2输出到第二四相乘法器16中，并与第二四相乘法器16的输出信号相乘，正交码波形产生模块18产生的正交码波形信号所对应的正交码与发送端的正交码同步；
积分器17对第二四相乘法器16送来的信号进行积分，同时，IC2内部的积分窗口控制模块19通过微控制器IC2控制积分器17的积分窗口；
积分器17的输出信号通过微控制器IC2输出被送到IC2内部的采样模块20，采样模块20对信号采样后，将采样值送到判决模块21；
判决模块21对采样值进行判决后，通过微控制器IC2输出解调数据；
所说的全“1”码是指一段连续的数字，这段数字中每个数均为“1”，这段数字中的数字个数为码长度，一般长度取2n，n为正整数，一个长为2n数与全“1”码正交的码之间关系必须满足和为0，如一个长为2的2次方的与全“1”码正交的码为(1-1、1-1)与全“1”码正交，即1×1+1×(-1)+1×1+1×(-1)＝0；
加“1”模块是指对所有进入该模块的数字均加上1的模块。
本实用新型具有如下的突出优点：
(1)有极低的频谱密度；
(2)有低的截获检测概率；
(3)有强的抗干扰能力和穿透能力，提高了通信可靠性；
(4)功耗极低，延长了系统的工作时限；
(5)结构简单，有利于小型化设计；
(6)与采用非发送参考体制的脉冲UWB系统相比较，同步时间短，不需要信道估计；
(7)与基于延时的发送参考脉冲UWB系统相比较，不需要模拟延时器件，有利于集成化设计，可以进一步降低系统的体积和成本；
(8)与基于频偏的发送参考脉冲UWB系统相比较，性能不会随着多径时延或传输速率的增加而明显恶化，适用的传输速率和传输距离进一步提高。
Claims (5)
1、一种脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备，由发射机和接收机两部分组成，两部分分别装在控制箱体内，其特征在于，所说的发射机是由微控制器IC1及其输出端上相接的超宽带窄脉冲发生器(6)，超宽带窄脉冲发生器经电容C1串接有超宽带发射放大器(8)及超宽带发射天线(9)构成，接收机由微控制器IC2及其输入端上相接积分器(17)和第二四相乘法器(16)，第二四相乘法器上串接有第一四相乘法器(15)、功分器，功分器(14)经电容C2串接有超宽带接收放大器(12)、低通滤波器(11)和超宽带接收天线(10)构成。
2、根据权利要求1所述的脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备，其特征在于，所说的发射机的微控制器IC1的输出端与超宽带窄脉冲发生器(6)输入端相联，超宽带窄脉冲发生器的输出端经电容C1同超宽带发射放大器(8)的输入端相连，超宽带发射放大器的输出端同超宽带发射天线(9)相连。
3、根据权利要求1所述的脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备，其特征在于，所说的接收机的积分器(17)的输出端接微控制器IC2的输入端，积分器(17)的输入端同第二四相乘法器(16)的输出端相接，第二四相乘法器(16)的输入端同第一四相乘法器(15)的输出端相接，第一四相乘法器(15)的输入端同功分器(14)的输出端相接，功分器(14)的输入端经电容C2接超宽带接收放大器(12)的输出端，超宽带接收放大器(12)的输入端同低通滤波器(11)的输出端相连，低通滤波器(11)的输入端上接有超宽带接收天线(10)。
4、根据权利要求1所述的脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备，其特征在于，所说的微控制器IC1中置有正交码产生模块(4)、码变换模块(2)、乘法模块(3)、加“1”模块(5)，正交码产生模块(4)同乘法模块(3)相连，码变换模块(2)同乘法模块(3)相连，乘法模块(3)输出端同加“1”模块输入端相连，加“1”模块输出端同超宽带窄脉冲发生器(6)的输入端相连。
5、根据权利要求1所述的脉冲超宽带通信中码正交发送参考调制与解调设备，其特征在于，所说的微控制器IC2中置有正交码波形产生模块(18)、积分窗口控制模块(19)、采样模块(20)和判决模块(21)，正交码波形产生模块(18)同第二四相乘法器(16)相接，积分窗口模块(19)同积分器(17)相接，采样模块(20)同积分器(17)输出端相接，采样模块(20)的输出接判决模块(21)。
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| CN101741405B (zh) * | 2009-12-10 | 2012-12-12 | 山东大学 | 一种适用于脉冲超宽带系统的接收方法 |
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