[发明专利]一种定时同步方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及超宽带无线通信技术领域，具体涉及一种直接序列扩 频超宽带(DS-UWB)系统中的定时同步方法及系统。

背景技术

随着无线通信技术的发展，人们对通信的速度要求越来越高，超 宽带(Ultra Wideband，UWB)技术是一种低功耗、高速度的数据通 信方式，有望在无线通信中得到广泛应用。

直接序列扩频超宽带(DS-UWB)系统采用直接序列扩频的方式， 对发送数据进行调制。通过对每一个数据比特，用一段伪随机序列调 制后发射，扩展了发射信号的频带。对于扩频比为L的数据，若原数 据发送周期为T_b，数据带宽为W_b，经过扩频后，数据发送周期T_b/L， 带宽扩展为W＝LW_b。

扩频的方法是把PN序列(伪随机序列)加到发送的信号上。每 个发送的码片都是通过数据比特与PN序列的码片相关得到的，该PN 序列就是系统的PN序列相关模版。在接收端，具有与发送进行扩频 所用PN序列相同的本地参考PN序列，在接收信号后对接收到的信 号进行解扩，具体为将接收到的信号与本地PN序列进行相关运算， 然后对相关器的输出进行采样，采样时间间隔为T_b，采样位置由定时 同步决定。当系统中，对扩频后的信号有一窄带干扰时，在接收端， 这一信号干扰与PN序列相关，把干扰扩展到信号带宽W，相关之后 的噪声能量仅为原干扰的1/L。因此，通过扩频，系统的抗干扰能力 得到了提高。

但是，在UWB接收机中，要实现扩频信号的解扩，就必须使接 收机中的本地参考PN序列的相位与接收数据序列的相位完全一致， 因此在接收机中必须进行接收数据定时同步捕获和跟踪。由于UWB 采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十 皮秒到几纳秒的时间，因此，UWB接收机中的定时同步和跟踪是接 收机中的一个难题。

在直接序列扩频系统中，本地参考PN序列与接收数据中符号同 步通过扩频捕获与扩频跟踪来实现。扩频捕获主要通过滑动相关的方 法，在接收端不断改变本地PN码相位，使本地PN序列与接收到的数 据序列从相位上相对滑动。将接收到的数据与PN序列相关模板进行 相关运算，若检测到一个相关峰值，则说明两个码序列的相位一致， 停止滑动，此时的本地参考PN序列就是参考序列，接收到的数据信 号与该PN序列建立同步。扩频跟踪主要是扩频捕获后，跟踪系统中 的定时偏差，保证接收数据和本地参考PN序列的相对时间差为0。当 系统定时出现偏差时，可以通过扩频跟踪来纠正。

常用的扩频跟踪的方法主要有两种，延时锁相环与T型抖动环。 延迟锁相环需要三个相关器，超前相关器、滞后相关器和参考相关器。 参考相关器使用的PN序列是同步捕获得到的本地参考PN序列，超前 相关器使用的PN码相位比本地参考PN码相位要超前一些，而滞后相 关器所使用的PN码相位比本地参考PN码相位落后一些。由于PN码的 相关特性，当系统没有同步误差，即数据和本地PN序列是同步的时 候，超前相关器与滞后相关器计算出的相关值都小于参考相关器。若 系统采样时间超前了，则超前相关器计算出的相关值最大，反之，滞 后相关器计算出的值最大。因此，通过检测两个相关器输出的差，可 以确定对数据的采样时刻是超前还是滞后。若采样时刻超前，则可以 将本地参考PN序列的相位前移一个采样点，反之可以将本地参考PN 序列相位后移一个采样点。T型抖动环中，也分别计算出三个相关值， 即数据与参考PN序列的相关值，数据与超前PN序列的相关值和数据 与滞后PN序列的相关值。与延时锁相环不同，T型抖动环中的超前和 滞后码共用同一个相关器，输入信号会交替的与超前和滞后码相关。 在得到三个相关之后，用同样的方法，通过比较这三个相关值的大小 来判断接收机中的采样时间是否超前或滞后。

在DS-UWB信道中，信噪比低、多径干扰严重，当扩频比较小的 时候，扩频捕获过程中的相关峰值不明显，所获得的本地参考PN序 列误差可能比较大，利用上述延时锁相环和T型抖动环的方法就很难 准确的跟踪定时变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种定时同步方法及系统，应用于直接序列 扩频超宽带系统中，在数据中插入伪随机序列进行定时跟踪，受到的 信道干扰很小，比传统的直接采用接收的数据进行定时要准确的多。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：