[發明專利]載波同步脈沖超寬帶射頻調制裝置

無效

• 申請號: 200910093289.5
• 申請日: 2009-09-25
• 公開（公告）號: CN101692615A
• 公開（公告）日: 2010-04-07
• 發明（設計）人: 周正;李斌;孫璇;吳瓊
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04B1/69
• 分類號: H04B1/69
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明基于載波周期調制(Carrier?Cycle?Modulation)技術，提出了載波同步超寬帶(CS-UWB，Carrier?Synchronization?Ultra?Wide-band)信號射頻實現方案，屬于通信領域。

背景技術

超寬帶技術是一種襯疊式使用頻譜資源的新型無線通信技術，其發送信號帶寬可高達數吉赫茲(GHz)，因而其時域信號具有極強的多徑分辨力，在短距離無線個人通信(WPAN，Wireless?Personal?Local?Network)中極具應用潛力。目前，IEEE針對UWB諸多應用場景頒布了相關標準，其中包括高速無線個域網標準IEEE802.15.3和低速無線傳感器網絡標準IEEE802.15.4，以及目前廣泛研究的用于醫療監測領域的無線身域網(WBAN，Wireless?Body?Area?Network)。從本質上分析，UWB技術屬于一種特殊擴頻通信，它通過猝發方式發送具極低占空比(LDC，Low?Duty?Cycle)的極窄脈沖，進而獲得頻譜展寬的超寬帶信號。憑借此種高達60dB的擴頻增益，UWB具有極低截檢測獲率(LPD，Low?Probability?of?Detection)，且能利用極低功率進行通信；按照美國FCC與2002年頒布的UWB頻譜掩膜規范，其絕對帶寬可達7.5Ghz，超寬帶信號同時也具有極強多徑分辨力，以至能分辨室內環境中密集多徑分量，并通過先進的Rake接收技術充分利用多徑分量；另外，巨大帶寬致使UWB信號具備高精度定位與測距能力，在軍事領域也具有廣泛應用場景，例如高分辨力雷達和穿墻成像系統。

隨著超寬帶技術的不斷發展，出現了另一種基于正交頻分復用(OFDM，Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing)的超寬帶技術。超寬帶技術體制也因此一分為二，即脈沖無線電(IR-UWB，Impulse?Radio)和多帶正交頻分復用超寬帶(MB-OFDM，Multi-band?Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing)。脈沖無線電是指采用超短沖激脈沖作為信息載體的傳統超寬帶技術，通過對納秒級窄脈沖信號的幅度或相位進行調制，實現高速傳輸數據。典型的UWB-IR系統主要包括跳時相位調制(TH-PPM，Time?Hopping?Pulse?Phase?Modulation)和直接擴頻調制(DS-UWB，Direct?Spreading)兩種。在TH-PPM中，利用偽隨機跳時序列控制窄脈沖的相位，實現UWB系統多址接入；而DS-UWB則借助于極高碼片速率的正交碼，對承載信息窄脈沖進行直接序列擴頻以實現多址接入。MB-OFDM基本思想是將頻帶劃分為諸多彼此正交的子帶，因而其時域信號一般不具備窄脈沖特征；MB-OFDM除了具備超寬帶高速率數據傳輸的特點外，也具備抵抗多徑干擾的優點，但其機理有別于UWB-IR高分辨率機理，主要借助于OFDM中循環前綴(cyclicprefix，CP)來消除多徑效應。

超寬帶系統物理層關鍵算法包括信道估計、同步捕獲及最佳接收。由于UWB室內信道多徑數目可達100以上(包含約85％能量)，常規信道估計算法難以獲得理想的信道估計性能，抑或其實現復雜度難以承受；利用發射-參考(TR，TransmittedReference)機制可獲得精確信道估計，并借助Rake接收機可實現超寬帶信號相干接收。目前，同步捕獲算法主要借助“污染模板”(Dirty?Templates)的概念，通過兩個連續符號之間相關獲得時間延時。在室內密集多徑環境下，同步性能成為影響系統接收性能的主要因素；而在水下或叢林UWB傳感網絡中，由于傳感節點無法獲得精確GPS同步信息，精確定時也成為制約網絡性能的關鍵所在。

本專利基于載波周期調制技術提出一種同步超寬帶體制。它是一種基于載波精確同步且發射功率譜密度極低的新型無線通信系統，該系統基本原理主要是在跳時脈沖位置調制的技術基礎上，引入載波周期調制技術，使發送信號中攜帶對應于調制信息的精確同步信息，其發送信號功率譜存在明顯載波同步信號分量，而信號譜旁瓣功率譜極寬且幅度很低，與傳統UWB信號具有相似的信號特征，同樣具有高速通信以及高精度定位的潛力。

發明內容