專利名稱：：超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種超寬帶信息幀的生成方法，尤其是一種室內(nèi)多徑信道環(huán)境下的室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中信息幀的生成方法。
背景技術(shù)：
：超寬帶(UltraWideBand,UWB)技術(shù)具有傳輸速率高、發(fā)射信號功率小、信號功率譜密度低、抗多徑干擾性能強(qiáng)等特點(diǎn)，將超寬帶技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)定位系統(tǒng)中，能夠使系統(tǒng)在標(biāo)識大小、功耗、造價(jià)、精度、實(shí)時(shí)性、通信能力以及可擴(kuò)充性能等方面得到大幅度提升。基于超寬帶的導(dǎo)航定位技術(shù)是集通信、導(dǎo)航定位為一體的電子信息類集成與處理技術(shù)。超寬帶技術(shù)主要有兩大用途一是近距離高速無線傳輸技術(shù)；二是超寬帶導(dǎo)航定位技術(shù)?；诔瑢拵У氖覂?nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)，國內(nèi)尚未開展系統(tǒng)的研究工作，尤其是在信息幀的生成方法上更缺乏能夠直接應(yīng)用的科技成果。沒有科學(xué)、合理的信息幀結(jié)構(gòu)就不可能對發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)以及對多徑信道進(jìn)行有效的建模，更不可能進(jìn)行整個(gè)室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建立。超寬帶系統(tǒng)的研究在國際上倍受重視，美國和俄羅斯在這方面已走在前列，美國國防部連續(xù)幾年將之列為軍用通信研究中的重點(diǎn)課題，并取得了突破性進(jìn)展，現(xiàn)已開發(fā)出實(shí)用系統(tǒng)并在相應(yīng)的軍用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但由于軍事上的保密性等原因，相應(yīng)的研究成果與技術(shù)細(xì)節(jié)并未對民用領(lǐng)域開放。同時(shí)，軍用領(lǐng)域超寬帶系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也不同于民用領(lǐng)域的超寬帶系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，前者釆用DS直接序列擴(kuò)頻的方式來實(shí)現(xiàn)超寬帶技術(shù)，而目前民用領(lǐng)域的超帶寬技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式則以基于正交頻分復(fù)用(OFDM,OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)為主要技術(shù)，兩者在調(diào)制方式上有著本質(zhì)的區(qū)別。國外對于OFDM實(shí)現(xiàn)方式的民用超寬帶技術(shù)中信息幀的生成方法雖有一定的研究，但國外的研究成果均屬于超寬帶通信領(lǐng)域，未見有超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中信息幀生成方法的提出。在國內(nèi)，許多高校與科研機(jī)構(gòu)在民用超寬帶通信系統(tǒng)方面已經(jīng)開展了階段性的研究工作，但由于我國尚沒有制定自己的超寬帶系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，許多研究還處于起步階段，對于OFDM超寬帶的導(dǎo)航定位系統(tǒng)中信息幀的確定與實(shí)施，尤其是室內(nèi)多徑信道環(huán)境下的室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)中信息幀的生成方法，尚未有完善的研究或相關(guān)專利申請。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀生成方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟1、生成超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀前導(dǎo)符前導(dǎo)符依次包括幀同步序列與信道估計(jì)序列，共30個(gè)符號，前導(dǎo)符主要用于接收機(jī)時(shí)間同步、載波偏移恢復(fù)和信道估計(jì)。幀同步序列由擴(kuò)展的時(shí)間同步序列與相應(yīng)的保護(hù)序列經(jīng)擴(kuò)展后生成；信道估計(jì)序列則由相應(yīng)的信道擴(kuò)展同步序列與相應(yīng)的保護(hù)序列經(jīng)擴(kuò)展后生成。最終將生成的幀同步序列與信道估計(jì)序列進(jìn)行時(shí)序上的連接，從而構(gòu)成前導(dǎo)符。2、生成超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀物理層數(shù)據(jù)單元物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PHYServiceDataUnit,PSDU)依次由有效載荷、CRC校驗(yàn)、尾比特及填充比特組成，至少6個(gè)符號，為提高抗干擾能力，對PSDU組成數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼處理。PSDU的有效載荷由用戶填充自己的發(fā)播信息，一個(gè)符號中有效載荷的最大比特?cái)?shù)為32768比特；CRC檢驗(yàn)為CRC-32校驗(yàn)，用于生成CRC檢驗(yàn)碼，以便于接收端進(jìn)行信息校驗(yàn)；尾比特與填充比特均填充0。在接收端需要用與擾碼器種子值相同的種子值進(jìn)行反擾碼處理，同時(shí)，在發(fā)射端對有效載荷進(jìn)行CRC-32校驗(yàn)，接收端便可檢驗(yàn)出校驗(yàn)范圍內(nèi)的差錯(cuò)比特?cái)?shù)。3、生成超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀符號為數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締卧?，一定?shù)量(數(shù)量根據(jù)不同用戶的有效載荷比特?cái)?shù)以及不同的信息幀傳輸速率而定)的符號構(gòu)成一個(gè)傳輸信息幀。為便于發(fā)射端處理，PSDU中符號個(gè)數(shù)應(yīng)至少為6個(gè)，當(dāng)有效載荷比特?cái)?shù)不足6個(gè)符號時(shí)需對其進(jìn)行填充。將上述步驟生成的前導(dǎo)符與PSDU進(jìn)行時(shí)序上的連接，生成信息幀。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種基于OFDM-UWB技術(shù)的室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀生成方法，它能夠有效地避免室內(nèi)多徑信道環(huán)境下的各種干擾與噪聲影響，有利于接收系統(tǒng)從多徑信道環(huán)境中正確地接收發(fā)射數(shù)據(jù)以及有效地合理利用頻譜資源，實(shí)現(xiàn)與其它通信系統(tǒng)的兼容。本發(fā)明還有利于對后續(xù)發(fā)射系統(tǒng)以及接收系統(tǒng)進(jìn)行正確設(shè)計(jì)與實(shí)施。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明所述一個(gè)信息幀的的示意圖；圖2是前導(dǎo)符的生成過程示意圖；圖3是擾碼的PSDU產(chǎn)生過程示意圖。具體實(shí)施例方式1、前導(dǎo)符的生成過程每個(gè)前導(dǎo)符符號中共165(NSYM)個(gè)實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)，其中包括128(NFFT)個(gè)前導(dǎo)符數(shù)據(jù)；37(NZPS)個(gè)循環(huán)后綴數(shù)據(jù)(復(fù)制128個(gè)前導(dǎo)符數(shù)據(jù)中的后37個(gè)數(shù)據(jù))。前導(dǎo)符符號產(chǎn)生后不再經(jīng)過其它處理直接進(jìn)行射頻載波調(diào)制發(fā)送。前導(dǎo)符具體產(chǎn)生過程如圖2所示。前導(dǎo)符固定為30個(gè)符號，前24個(gè)為幀同步序列，后6個(gè)為信道估計(jì)序列。幀同步序列生成過程包括以下步驟(1)從表1得到時(shí)間域序列sbase[l]并從表2中得到保護(hù)序列scover[m];表l的「域序列1Sl，ase[1]1Sbase[1]1Sbast;[1]1Shase[1]00.656432-0.084464-O.2095%0.42321-1.3671331.1974651.164097-l.26842-0.9558341.2261661.233498-1.81513-l.3981351.4401671.533899-l.482940.848136-0.598868-O.88441001.030251.089237-0.467569-O.38571010.94196-O.8621380.8520700.7730102-l.147271.151239-O.892271-0.97541031.485880.960240-O.560372-0.2315104-O.67949-1.3581411.1886730.55791050.957310-0.8354421.1128740.40351061.080711-1.3249431.0833750.42481071.1445121.096444-O.907376-0.3359108-1.2312131.333445-1.622777—0.9914109-0.664314-0.7378461.0013780.59751100.3836151,356547-l.606779-0.8408111-1.14825<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2保護(hù)序列<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)追加NZPS個(gè)零采樣點(diǎn)到NFFT長的序列sbase[l]，從而形成一個(gè)擴(kuò)展的時(shí)間域序列sext[l];(3)對于標(biāo)準(zhǔn)前導(dǎo)碼ssync,n[k]中第m個(gè)符號的第k個(gè)采樣，相應(yīng)幀同步序列ssync,n[k〗=scover[m]Xsext[k]，其中，mE,ke[O,NSYM-l]。信道估計(jì)序列生成過程包括以下步驟(1)對表3中所定義的頻率域序列schan[l]/^做反離散傅立葉變換(IDFT)，并對其時(shí)域輸出結(jié)果追加由NZPS個(gè)零采樣點(diǎn)構(gòu)成的補(bǔ)零后綴產(chǎn)生信道估計(jì)序列sest[l];表3基本信道估計(jì)序列<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>6<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>(2)用一個(gè)[l1111l]序列擴(kuò)展基本信道估計(jì)序列sest[l];(3)信道估計(jì)序列ssync,n[l]=sest[l]，其中nG[24,Nsync-l],IE[O,NSYM-l]。2、PSDU產(chǎn)生過程(1)利用生成多項(xiàng)式G(X)=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X1l+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+l，其中，G(X)為多項(xiàng)式函數(shù)，對有效載荷進(jìn)行CRC-32校驗(yàn)，生成32比特CRC校驗(yàn)碼。(2)根據(jù)有效載荷比特?cái)?shù)length,根據(jù)下式。"=W廳x其中，length為有效載荷比特?cái)?shù)，Npad為填充的比特位的個(gè)數(shù)，而NIBP6S取值根據(jù)發(fā)射信息幀符號速率不同而取值不同，如表4所示，附加填充Npad個(gè)比特位(填充0)，使填充后的PSDU符號數(shù)為6個(gè)符號的整數(shù)倍，這樣做的目的是便于發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。表4'<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(3)將32比特CRC校驗(yàn)碼、6個(gè)尾比特(填充0)Npad個(gè)0比特位附加到有效載荷后面生成將要進(jìn)行擾碼的比特流數(shù)據(jù)s[m]，對s[m]根據(jù)擾碼器種子值進(jìn)行擾碼。擾碼器生成多項(xiàng)式x[n]為x["]=x["-14]x[w-15]，n=0,1,2,…擾碼器中移位寄存器初始種子值為001111111111111，擾碼器輸出邏輯表達(dá)式為v[m]=4附]十附=0,1,2，...v[m]即為擾碼后的PSDU序列值。3、超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀生成與發(fā)送.前導(dǎo)符生成后直接送上變頻器進(jìn)行射頻載波調(diào)制并發(fā)送出去，擾碼的PSDU產(chǎn)生后尚需根據(jù)用戶需要經(jīng)過信道編碼處理以及OFDM調(diào)制再進(jìn)行射頻載波調(diào)制。射頻載波可采用超寬帶三個(gè)最低頻段中的一個(gè)或三個(gè)(根據(jù)需要可選擇不同的時(shí)頻編碼方式)，其中心頻率分別為3432MHz、3960MHz以及4488MHz，每個(gè)頻段帶寬528MHz。每個(gè)頻帶分為128個(gè)相互正交的子載波，每個(gè)子載波4.125MHz。每個(gè)符號中的數(shù)據(jù)按一定的時(shí)頻編碼方式，如表1所示，分別調(diào)制到相應(yīng)頻帶的128個(gè)子載波上發(fā)送出去，其中時(shí)頻編碼A-D表示每種編碼使用3個(gè)頻帶，E-G表示每種編碼只使用l個(gè)頻帶。表l時(shí)頻編碼表(表中l(wèi)、2、3分別表示頻帶ID編號)各種時(shí)頻編碼的字母編號表示時(shí)頻編碼中頻帶標(biāo)號順戶A123123B132132C112233D113322E111111F222222G3333339權(quán)利要求1、超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀生成方法，其特征在于包括下述步驟(a)生成超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀前導(dǎo)符前導(dǎo)符依次包括幀同步序列與信道估計(jì)序列，共30個(gè)符號，幀同步序列由擴(kuò)展的時(shí)間同步序列與相應(yīng)的保護(hù)序列經(jīng)擴(kuò)展后生成，信道估計(jì)序列則由相應(yīng)的信道擴(kuò)展同步序列與相應(yīng)的保護(hù)序列經(jīng)擴(kuò)展后生成，最終將生成的幀同步序列與信道估計(jì)序列進(jìn)行時(shí)序上的連接，從而構(gòu)成前導(dǎo)符；(b)生成超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀物理層數(shù)據(jù)單元物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元依次由有效載荷、CRC校驗(yàn)、尾比特及填充比特組成，至少6個(gè)符號，有效載荷由用戶填充自己的發(fā)播信息，一個(gè)符號中有效載荷的最大比特?cái)?shù)為32768比特；CRC檢驗(yàn)為CRC-32校驗(yàn)，尾比特與填充比特均填充0；(c)生成超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀將上述步驟生成的前導(dǎo)符與PSDU進(jìn)行時(shí)序上的連接，生成信息幀。全文摘要本發(fā)明公開了一種超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀生成方法，由擴(kuò)展的時(shí)間同步序列與相應(yīng)的保護(hù)序列經(jīng)擴(kuò)展后生成幀同步序列，由相應(yīng)的信道擴(kuò)展同步序列與相應(yīng)的保護(hù)序列經(jīng)擴(kuò)展后生成信道估計(jì)序列，將幀同步序列與信道估計(jì)序列進(jìn)行時(shí)序上的連接成前導(dǎo)符；依次由有效載荷、CRC校驗(yàn)、尾比特及填充比特生成超寬帶室內(nèi)導(dǎo)航定位系統(tǒng)信息幀物理層數(shù)據(jù)單元；將上述步驟生成的前導(dǎo)符與PSDU進(jìn)行時(shí)序上的連接，生成信息幀。本發(fā)明能夠有效避免室內(nèi)多徑信道環(huán)境下的各種干擾與噪聲影響，有利于接收系統(tǒng)從多徑信道環(huán)境中正確地接收發(fā)射數(shù)據(jù)以及有效地合理利用頻譜資源。文檔編號G01S1/04GK101487884SQ20091002131公開日2009年7月22日申請日期2009年2月27日優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日發(fā)明者盧曉春,徐勁松,瑾王,鄒德財(cái)申請人:中國科學(xué)院國家授時(shí)中心