基于信道识别的超宽带信号同步算法的研究

基于信道识别的超宽带信号同步算法的研究

摘要

超宽带无线电直接使用短脉冲承载信息，与传统的通信系统相比具有系统结构的实现比较简单，高速的数据传输，低功耗，安全性高，多径分辨能力强，定位精确，造价低等特点。

这些特点决定了超宽带同步的特殊性。超宽带的同步必须快速准确地完成。超宽带接收机氛围相干接收机和非相干接收机。相应地，对超宽带同步方法的研究也是基于这两种接收机，而且衍生出很多的同步方案。

本文提出的一种改进的同步算法的仿真环境为IEEE 802.15.4a标准的复数

信道。利用信道类型识别方法，首先对信道进行识别，其次利用信道冲激响应来确定脉冲展宽，再利用自适应非相干差分的方法进行快速同步，仿真中还会利用到窗口叠加的思想。通过仿真结果可知，在不同信道有必要采用不同的截止窗口，而且这个方法将有助于缩小同步误差。通过仿真还发现，信道识别的参数与同步误差存在一定的关系。

关键词：超宽带；非相干；信道识别；快速同步

ABSTRACT

Ultra Wide Band (UWB) Wireless Radio carries information by short pulses. Comparing with the traditional communication system, UWB processes following merits: easy to implement, high data rate, low power consumption, high security, high multipath resolution, accurate positioning, and low cost et.al

This feature decides the uniqueness of the synchronization of UWB. The synchronization of UWB should perform swiftly and accurately. There are two kinds of receivers for UWB, the coherent one and the non-coherent one. Correspondingly, the synchronization methods for UWB are developed respecting the type of the receiver. And lots of extended synchronization methods have been developed.

In this study, we adopt the IEEE 802.15.4a channel model. We borrow the channel identification method to identify channel first. And then, the pulse spread is computed by channel impulse response. Next, synchronization is accomplished by the adaptive non-coherent differential fast synchronization. During this simulation, the overlapping window scheme is also absorbed. The simulation results tell us that it more efficient to use different window size corresponding to different channel type, which would benefit decreasing synchronization error. It is also discovered that there are certain functions between the parameters for channel identification and the synchronization errors.

Key words: UWB; Non-coherent; Channel Identification; Fast Synchronization

一、超宽带技术的简介

1.超宽带的定义

FCC在2002年提出的UWB标准为：如果一个信号-10dB辐射点的带宽已经超过500MHz，不管信号的相对带宽是多少都可以认为是一个UWB信号。由500MHz的下限频率可以得到一个大小为2.SGHz的阈值。中心频率在阈值以下的信号，当其相对带宽超过0.20时是UWB信号；而中心频率在阈值以上的信号，当其带宽超过500MHz时可以认为是UWB信号。

UWB是一种在雷达和遥感器中被广泛应用的传输技术，近年来在通信应用中受到了巨大的关注。与传统的无限技术相比UWB的主要特点是传输速率高、功耗低、具有高度的安全性、不易产生干扰、多径分辨能力强、准确的定位、低成本芯片结构等。它是解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的有效技术手段。频谱资源可谓无线通信中最宝贵的资源，与占用指定的频带资源的传统无线通信相比，超宽带可以与现有的无线频谱重叠，在频谱资源日趋紧张的今天，大大提高了频谱利用率，提高了传输效率。

2.超宽带系统的信道特点

无线通信系统的性能主要受到传输信道的制约。不同于传统的窄带和宽带信号，超宽带信道的传播具有独特性。在超宽带系统中，由于其传输信号有极高的带宽，系统具有很高的多径分辨率，多径数目相对较少，因此不再满足中心极限定理的假设，Rayleigh分布或Rician分布已不再是UWB系统的小尺度衰落分布。对于超宽带系统来说研究其信道环境及模型也是一个相当重要的课题。

为评估各种超宽带通信实现方案的性能以及标准化工作，通常需要根据其工作环境建立一个比较精确的信道模型。但由于超宽带信号的特殊性，如持续时间为纳秒两级、带宽宽等，因此他的信道特性会有一些与窄带通信系统不同的特点。研究无线电传输的普遍方向是建立信道模型，其目标就是很好地刻画出大尺度历经特征和小尺度多径特征。因此信道模型为计算传输损耗、链路预算、物理层方案采取等等提供了很好的依据。一般的无线传输信道模型都是通过结合统计分析