[发明专利]一种超宽带同步方法

说明书

技术领域

本发明属于超宽带无线通信技术领域，具体涉及一种超宽带同步方法。

背景技术

超宽带(UltraWideBand，简称UWB)技术是一种新型无线通信技术，在近年来得到了广泛的关注，其发送信号带宽可高达数吉赫兹（GHz）。UWB技术一般可以分为脉冲体制和载波体制两种基本的实现方式。脉冲体制UWB通过基带脉冲序列传输信息，具有系统结构简单、成本低、功耗低等优点，在无线通信、测距、探测等领域具有广泛的用途；脉冲体制UWB技术，在接收端可采用峰值检测、能量检测、模拟相关检测等方法，其处理性能受到模拟处理的限制，一般只能实现较低速率的无线通信和探测、定位等功能；在接收端也可以采用高速采样的方法，经过低精度量化，进行数字处理，具有性能稳定、易于集成的优点，并能够实现较高的无线传输速率。

IEEE针对UWB诸多应用场景颁布了相关标准，包括低速无线传感器网络标准IEEE802.15.4，以及用于医疗监测领域的无线体域网（Wireless Body Area Network，简称WBAN）。

高速采样的脉冲超宽带系统中，同步是实现的难点之一。脉冲无线电超宽带的脉冲宽度为纳米级，在理论上可以获得厘米级的定位精度。超宽带系统常用的同步结构为多积分并行滑动相关同步，这种结构可以很大程度上降低捕获时间，但同时也增加了硬件复杂度，所需要的积分器个数也将大大增加。当以较大的滑动步长来做粗相关可以减少积分器的个数，以峰值点为中心所确定的细同步区间的可信度将下降，所估计的时延将不够准确，如何在降低积分器支路的同时保证时延估计的精准度成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有硬件复杂度低并具有较高的时延估计准确性的超宽带同步方法。

本发明是提供的一种超宽带同步方法，包括如下步骤：

步骤A，用峰值噪声比作为门限,以较大的滑动步长来做互相关，在峰值噪声的比值超过预设门限时，认为正确捕捉到接收信号；

步骤B，利用相关器输出的小峰值信号，通过二次包络来生成较为平滑的相关器输出包络曲线；

步骤C，以相关器输出包络曲线最高点为中心确立细同步区间；

步骤D，在所确立的细同步区间上以较小的滑动步长再次做相关，取相关输出的峰值并计算导频序列的相应时移。

进一步，所述步骤A具体为：接收信号与导频序列先以较大的滑动步长T_coarse做相关，并对相关输出取绝对值，在经过一个搜索周期后，计算判决统计量其中Peak为相关输出的峰值，为估计的噪声平均，预设门限值为Th，当F>Th时，认定捕获到信号，反之认定没有捕获到信号。

进一步，所述步骤C具体为：以包络曲线最高点的位置为中心，以设定的细同步区间长度L_fine来确立细同步区间，细同步区间立缩小了搜索的范围。

进一步，所述步骤D具体为：

在细同步区间上，以较小的滑动步长T_fine在细同步区间上L_fine上再次做相关，并对相关输出取绝对值，找到峰值的位置peak_pos,即可得到时延估计。

进一步，在步骤A之前，

发射端用冲激无线电技术来发射超宽带信号，用高斯脉冲的二阶导数作为脉冲波形，采用PPM或PAM对脉冲进行调制，并用伪随机码对数据符号进行编码。高斯脉冲的二阶导数可以表示为：α²为脉冲形成因子；二进制PPM的跳时超宽带(TH-PPM)发射信号可以表示为：S(t)是由单周期脉冲s(t)组成的脉冲序列，j是发射脉冲的个数，T_s为脉冲重复周期，T_c为码片时间(chip time)，c_j为跳时序列,a_jε是由PPM调制引起的位移。

进一步，其特征在于，当所述方法应用于AWGN信道环境和IEEE802.15.SG3a的CM1信道环境时，IEEE802.15.SG3a信道冲激响应可以表示为：式中，α_k，l为多径的衰减系数，T_l为第l簇的时延，τ_k，l表示以T_l为基准，第l簇的第k个多径分量的时延。