專利名稱：無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，特別涉及一種無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network, WSN)是涉及多學科高度交叉、知識高度 集成的前沿熱點研究領(lǐng)域，它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡及無線通信技 術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采 集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式被發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡方式傳 送到用戶終端，從而實現(xiàn)物理世界、計算世界以及人類社會三元世界的連通。傳感器網(wǎng)絡具 有十分廣闊的應用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、 防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的實用價值，已經(jīng)引起了許多國家學 術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
然而，無線傳感網(wǎng)存在四大受限的問題，即能量、通信能力、計算和存儲能力四個方面， 其中能量受限是其最根本的問題，在設計時需給予充分考慮。由于物理層主要負責數(shù)據(jù)的調(diào) 制、發(fā)送與接收，因此其是決定WSN的節(jié)點體積、成本以及能耗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是WSN的研 究重點之一。
再有，無線傳感網(wǎng)是大規(guī)模散布的信息匯聚網(wǎng)絡，多跳的信息傳遞是其基本通信方式， 當信息以多跳方式進行匯聚時，作為中轉(zhuǎn)的節(jié)點可能接收到來自多個節(jié)點的中轉(zhuǎn)信息，若中 轉(zhuǎn)節(jié)點不具備同時接收多節(jié)點信息功能時，對于同時上傳的信息，則只能采用滯后排序方式 處理，由此會出現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部嚴重受擾，信息傳輸大量滯后的情況。因此，作為無線傳感網(wǎng)節(jié) 點，需要一定的多用戶接入能力，而對可同時接入的用戶數(shù)目要求不高。同時由于無線傳感 網(wǎng)的應用環(huán)境大多會存在較復雜的多徑干擾，當無線傳感網(wǎng)達到一定規(guī)模時內(nèi)部干擾就會較 為嚴重，因此在無線傳感網(wǎng)中，擴頻通信體制是較常見的通信體制。
DS-CDMA系統(tǒng)和多址干擾(MAI)相關(guān)問題在蜂窩通信系統(tǒng)中已開展廣泛研究，DS-CDMA系 統(tǒng)采用擴頻(SS)調(diào)制技術(shù)，其中基帶信號采用PN碼進行擴頻。DS-CDMA的多用戶(MAI)環(huán) 境引入的最大的具有挑戰(zhàn)性的問題即是如何正確的控制干擾。考慮一個直接序列展頻技術(shù)
(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS) /BPSK系統(tǒng)，設^為所需信號的平均接收功率，假設存在k個千擾，接收功率分別為P'， P2，……，A，則有效的能噪比指示因子可表示為
#
，其中L為處理增益，且當不存在干擾時，A)-^/^等于
、/7V^#，錯誤概率^在A給定的前提下可表示為 2 。
在一個蜂窩DS-CDMA系統(tǒng)中，MAI可由基站通過限定活動節(jié)點個數(shù)及要求活動節(jié)點控制其 發(fā)射功率以使其到達接收裝置的功率相同的方法來控制。然后，這一相同原則不能應用于實
際的傳感網(wǎng)絡。因為在傳感網(wǎng)中采用DS-CDMA系統(tǒng)的困難在于傳感網(wǎng)不存在中心基站，導致
MAI不受控。請參見圖1，傳感器節(jié)點A-K分散在通信范圍為^^的圓內(nèi)，其中，每個節(jié)點均 具有位于不同距離處的鄰居節(jié)點，例如，A具有B， E， F, D和G，其具有的各鄰居節(jié)點均具 有到達節(jié)點A的不同距離。若每個節(jié)點都采用最小可行的功率進行彼此間的通信，當節(jié)點A 向鄰居節(jié)點發(fā)送信息時，其發(fā)送的信息將在另一個鄰居節(jié)點處產(chǎn)生功率值不一致的干擾。以
兩個同時發(fā)送的信息節(jié)點由A-〉節(jié)點B和由節(jié)點C-〉節(jié)點D為例，其中，《s》"必，顯然由 節(jié)點A發(fā)送的信息在節(jié)點D處產(chǎn)生的干擾功率遠大于從節(jié)點C發(fā)送至信號，致使節(jié)點C的信 號難以被恢復。然而，如果信號是從節(jié)點A-〉節(jié)點E，而非節(jié)點A-〉節(jié)點B，則對節(jié)點D的接 收造成的影響可以忽略不計。由此可見，在DS-CDMA傳感系統(tǒng)中，不可能采用功率控制來減 小MM的影響，而MAI將被認為是在傳感網(wǎng)中應用DS-CDMA通信制式的主要問題。 由上所述，無線傳感網(wǎng)中存在的問題如下
>在無線傳感網(wǎng)中，需要中轉(zhuǎn)節(jié)點具有多用戶接入能力，但對多用戶數(shù)目要求不高； >直接序列擴頻在無線傳感網(wǎng)中應用時，由于無中心基站的統(tǒng)一調(diào)度，且發(fā)射節(jié)點和目
標接收節(jié)點的隨機性，使功率控制無法實施，導致MAI不受控； >無線傳感網(wǎng)中，節(jié)點的簡單性和能耗問題是需要首要考慮的問題。 >為了達到較遠的傳輸距離，需要增大擴頻因子以提高系統(tǒng)整體靈敏度。 此外，請參見圖2，直接序列調(diào)制是用高速率的偽隨機碼序列(由擴頻序列產(chǎn)生模塊產(chǎn)生) 與信息碼序列在模2加法器中進行模2和后(波形相乘)的復合碼序列去控制載波(本振產(chǎn) 生的)的相位(即在調(diào)相器中進行處理)而獲得直接序列擴頻信號，然后予以發(fā)射，而在接 收裝置，請參見圖3，由射頻接收裝置接收信號后，偽碼發(fā)生器產(chǎn)生偽隨機碼，并與本振產(chǎn)生 的載波在調(diào)相器中進行調(diào)相處理后輸出至相關(guān)器，與接收的信號進行相關(guān)后獲得中頻信號，再通過解調(diào)器后獲得相應的信息，此外，接受端還分別設有對載波誤差進行跟蹤的載波vco 和對碼誤差跟蹤的時鐘VCO。
由于在擴頻系統(tǒng)中具有多種形式的擴頻序列，而二元m序列是一種偽隨機序列，具有優(yōu) 良的自相關(guān)函數(shù)，是狹義的偽噪聲序列，且易于產(chǎn)生和復制，因此在擴展頻譜技術(shù)中得到了 廣泛應用。
m序列滿足如下三個特性
>在每一周期〃 =2"—i內(nèi)，0出現(xiàn)2"—'-l次，l出現(xiàn)2"—^欠，l比O多出現(xiàn)一次。 >在每一周期內(nèi)，共有2"-,個元素游程，其中0的游程和1的游程數(shù)目各占一半。并且， 對">2，當1《A:S"-1時，長為k的游程占游程總數(shù)的1/24，其中0的游程和1的 游程各占一半。長為n-l的游程只有一個，為0的游程；長為n的游程也只有一個， 為1的游程。
> m序列^J與其位移序列"J的模2和仍是m序列的另一位移序列^"丄艮P
m序列的自相關(guān)特性滿足
1， r = 0mod p ^ "0modp
其具有的雙值自相關(guān)特性如圖4所示，但當用m序列進行信息調(diào)制后，若存在信息翻轉(zhuǎn)(即 從1變至0，或從0變至1)，則和原始m序列進行相關(guān)的結(jié)果將出現(xiàn)明顯的旁瓣，如圖5所 示，因此，如何利用m序列良好的自相關(guān)性實現(xiàn)擴頻系統(tǒng)中的多用戶區(qū)分實已成為本領(lǐng)域技 術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，以實現(xiàn)無線傳 感網(wǎng)用戶端之間的有效區(qū)分，避免現(xiàn)有擴頻通信中存在的遠近效應敏感的缺點。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的無線傳感網(wǎng)中基于ra序列自相關(guān)性的用戶端，其包括 接收裝置與發(fā)射裝置，其中，所述接收裝置又包括用于接收無線傳感網(wǎng)空間中傳播的電磁 波信號的信號接收模塊；用于產(chǎn)生相應的本地m序列偽隨機碼的M序列發(fā)生器；用于將接收的電磁波信號與所產(chǎn)生的本地m序列偽隨機碼進行相關(guān)處理以獲得相應的相關(guān)結(jié)果的匹配濾 波器；用于根據(jù)所獲得的相關(guān)結(jié)果確定所述電磁波信號中包含的用戶端數(shù)目，并設定相應門 限值以對超過門限值的信號進行相關(guān)峰判決來確定所述電磁波信號中包含的用戶信息，并記 錄判決獲得的相關(guān)峰值及相關(guān)峰位置的信息解擴模塊；用于根據(jù)記錄的相關(guān)峰值及相關(guān)峰位 置判斷相應的用戶信息是否存在跳變，并當判斷出存在跳變時根據(jù)所述相關(guān)峰值計算出去除 旁瓣所需的補償值，再使所述匹配濾波器根據(jù)所述補償值重新進行相關(guān)處理以獲得被旁瓣淹 沒的用戶信息的反饋控制模塊；所述發(fā)射裝置又包括用于在需要發(fā)射用戶信息時調(diào)用所述 接收裝置的信號接收模塊接收當前無線傳感網(wǎng)中傳播的電磁波信號，并根據(jù)所述信息解擴模 塊確定的當前電磁波信號包含的信號相關(guān)峰值的位置確定所述發(fā)射端即將要發(fā)射的信號的相 關(guān)峰位置信息，并根據(jù)所述相關(guān)峰位置信息查詢預先儲存的m序列偽隨機碼初始相位表以確 定初始相位，并使所述初始相位與所述無線傳感網(wǎng)中的其他用戶端的初始相位的差時延遠大 于其在所述無線傳感網(wǎng)中所產(chǎn)生的最大多徑時延的偽隨機碼發(fā)生控制器；用于根據(jù)所確定的 初始相位產(chǎn)生相應的m序列偽隨機碼的偽隨機碼發(fā)生器；用于將所產(chǎn)生的偽隨機碼與待發(fā)射 的用戶信息碼相關(guān)后添加捕獲幀頭，再予以發(fā)射的擴頻信號發(fā)射模塊。
較佳的，所述信號接收模塊可包括存儲輸入信息的輸入信息存儲器，所述輸入信息存儲 器的存儲空間被設置為乒乓結(jié)構(gòu)，所述匹配濾波器為具有休眠及工作兩種狀態(tài)的濾波器，所
述反饋控制模塊為根據(jù)C,(m)-2D"/Z,)j[ ",4計算補償值的模塊，其中，《一)為第i
個用戶需要進行的補償值，《為相關(guān)峰值，^為本地m序列長度，T'為擴頻初始相位，A為 信息位，所述反饋控制模塊具有控制自所述輸入信息存儲器提取進入所述匹配濾波器的輸入 信息的輸入信息控制器，所述捕獲幀頭為全1或全0。
綜上所述，本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端通過在用戶端采用不同 的時延可有效區(qū)分各用戶信息，且通過對翻轉(zhuǎn)點處理后m序列旁瓣較低的特征避免了現(xiàn)有擴 頻通信中存在的遠近效應敏感的缺點。


圖1為DS-CDMA的MAI和遠近效應示意圖。 圖2為直接序列擴頻發(fā)射框圖。 圖3為直接序列擴頻接收框圖。 圖4為m序列自相關(guān)函數(shù)示意圖。圖5為存在信息翻轉(zhuǎn)情況下的m序列的自相關(guān)函數(shù)示意圖。 圖6為相同m序列多用戶(初始相位區(qū)分)與本地m序列的相關(guān)結(jié)果示意圖。 圖7為不同發(fā)射功率多用戶信號和本地m序列相關(guān)結(jié)果示意圖。 圖8為不同發(fā)射功率多用戶信號和本地ra序列相關(guān)結(jié)果示意圖。 圖9為接收到用戶信號和本地m序列相關(guān)結(jié)果示意圖。 圖10為相關(guān)過程示意圖。
圖11為本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的基本架構(gòu)示意圖。 圖12為本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的發(fā)射裝置采用的幀結(jié)構(gòu)示 意圖。
圖13為本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的接收裝置信號流程圖。 圖14為本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的接收裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 圖15為本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的信號幅度分別為1、 0.01
和0. 001的多用戶信號與本地m序列相關(guān)的相關(guān)結(jié)果示意圖。
圖16為本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的信號幅度分別為1、 0.01
和O. 001的多用戶信號與本地m序列采用去旁瓣處理后的結(jié)果示意圖。 圖17為圖16靠近0值附近的信號放大示意圖。
圖18本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的信號幅度分別為1和0. 001 的多用戶信號與本地m序列相關(guān)結(jié)果示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的設計的基本思想是在無線傳感 網(wǎng)中的各用戶端利用相同m序列的不同初始相位作為區(qū)分的標志，不同用戶端出現(xiàn)信號的起 始相位不一致，利用m的自相關(guān)特性來進行相關(guān)捕獲。同時針對m序列在信息跳變點上較大 的旁瓣問題進行補償，獲得較低的旁瓣，以降低對功率控制的要求。
無線傳感網(wǎng)中的每一用戶端均采用相同m序列，但各個用戶端的初始相位不一致，各初 始相位的差時延遠大于無線傳感網(wǎng)環(huán)境所產(chǎn)生的最大多徑時延，利用初始相位來進行多用戶 區(qū)分。各個用戶的捕獲幀頭均采用全1 (或全0)，用于進行捕獲判斷。接收裝置幀頭捕獲階 段對m序列相關(guān)峰值進行搜索，并判決相關(guān)峰值與上一用戶端產(chǎn)生的主相關(guān)峰值相位差是否 遠大于多徑時延，如否，則將其作為上一用戶端信息新的多徑，如是，則認為檢測到新用戶并以此相位作為用戶信息的檢測相位。在信息解調(diào)階段，根據(jù)檢測階段獲得的用戶信號強弱 程度分別進行檢測，最強的信號首先檢測，然后根據(jù)其信息是否翻轉(zhuǎn)作為下一用戶檢測的調(diào) 整依據(jù)，在下一用戶檢測中通過預估的方法去除該用戶由于信息翻轉(zhuǎn)造成的旁瓣影響，直至 檢測到最弱信號為止。
設無線傳感網(wǎng)中共有N個用戶端，第一個用戶端采用m序列^，第二個用戶端采用m序 列4"i，第三個用戶端采用m序列4"2……以此類推。需要注意的是，在設定不同用戶端間 的延遲時間時，要求min(Tl，7"2，…)〉、其中7"為在該應用環(huán)境下的最大多徑延時。設不同用
戶端攜帶的信息分別為A，D2，…，^，則到達接收裝置的信息為& !^"一"，其中，T 為信息碼元持續(xù)時間，在此為m序列持續(xù)周期，L為信息碼元數(shù)。接收到的信息和本地m序列
進行相關(guān)處理時，將分別在相應延時相位處出現(xiàn)相關(guān)峰值，特別當D';i或A;G時，相關(guān)結(jié) 果中旁瓣相當小。請參見圖6，其為不同初始相位的多用戶端信號與本地m序列的相關(guān)結(jié)果示 意圖，由此可見，多個用戶端可以方便的進行區(qū)分，且對遠近效應不敏感，即使用戶端間的 功率相差1000倍，仍可清晰的分辨出不同用戶的信息，如圖7及圖8所示。可見，利用m序 列的自相關(guān)特性可以區(qū)分不同的用戶端，且可較好的降低遠近效應，對擴頻系統(tǒng)在傳感網(wǎng)中 的應用具有特別的意義。但同時也引入了一個問題，在用戶攜帶的信息不為全1或全0的時
候，即A為O， l交錯的序列時，m序列具有較大的旁瓣。該旁瓣出現(xiàn)的主要原因為由于攜帶 信息的翻轉(zhuǎn)， 一個周期內(nèi)的m序列0和1的個數(shù)發(fā)生了變化，從而使m序列的二值特性不復 存在。如圖9所示，此時，可采用補償?shù)姆绞竭M行校正。
為便于說明，請參見圖IO所示的相關(guān)示意圖，圖中陰影表示信息為-l時的擴頻信息，白 色表示信息為1時的擴頻信息，本地m序列和輸入擴頻信息的相關(guān)過程是本地m序列不停移 位并與相應輸入擴頻信息相乘累加的結(jié)果，該結(jié)果示意于圖中左側(cè)。
在時刻l，本地m序列和輸入擴頻信息所包含的m序列完全對應，此時輸出相關(guān)主峰。
在時刻2，輸入擴頻信息與本地m序列對應部分相當于本地m序列的位移，和本地m序列 的模二和仍為m序列，此時相關(guān)的旁瓣為-l/p。
在時刻3，輸入擴頻信息與本地m序列對應部分存在信息位從1到-1的跳變，此時1和 -1的個數(shù)不再僅相差l，輸入的擴頻信息不再具有m序列特性，和本地m序列的模二和也不 為m序列，故此時旁瓣不再為-1 / p，此時旁瓣較高。
9在時刻4，輸入擴頻信息為全-1，此時l和-l的個數(shù)相差l，但和m序列剛好相反，此時 和本地m序列的模二和所得旁瓣為1 / p。
顯然，旁瓣問題發(fā)生在時刻3，導致旁瓣的主要原因是由于輸入擴頻信息中所包含的ra序 列被部分反相，使得對應本地m序列部分的擴頻碼不再具有m序列特性，如果能根據(jù)對m序 列的初始相位及幅度的估計進行補償，將其恢復為m序列，則可實現(xiàn)較低的旁瓣。補償?shù)木?體方法如下
設檢測到第i個用戶的相關(guān)峰值為《，m序列長度為￡'，擴頻初始相位為T'，信息位為D'。 則單個用戶需要進行的補償值為
C = 2",(i ,/Z(4" 對多個用戶而言，需要進行的補償值為
C(m) = f]C,(m)
1
其中，T為信息碼元持續(xù)時間，m為當前相關(guān)位移值。
根據(jù)上述設計思想，請參見圖ll,本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端 包括接收裝置與發(fā)射裝置。
所述發(fā)射裝置包括偽隨機碼發(fā)生控制器、偽隨機碼發(fā)生器、及擴頻信號發(fā)射模塊。其 中，所述偽隨機碼發(fā)生控制器用于在需要發(fā)射用戶信息時調(diào)用所述接收裝置的信號接收模塊 (請容后說明)接收當前無線傳感網(wǎng)中傳播的電磁波信號，并根據(jù)所述接收裝置的所述信息 解擴模塊(請容后說明)確定的當前電磁波信號包含的信號相關(guān)峰值的位置確定所述發(fā)射端 即將要發(fā)射的信號的相關(guān)峰位置信息，并根據(jù)所述相關(guān)峰位置信息査詢預先儲存的m序列偽 隨機碼初始相位表以確定初始相位，并使所述初始相位與所述無線傳感網(wǎng)中的其他用戶端的 初始相位的差時延遠大于其在所述無線傳感網(wǎng)中所產(chǎn)生的最大多徑時延；所述偽隨機碼發(fā)生 器用于根據(jù)所確定的初始相位產(chǎn)生相應的m序列偽隨機碼(PN碼)，通過該方式產(chǎn)生的PN碼 與當前無線傳感網(wǎng)中傳播的電磁波信號到信號的PN碼具有一定的相位差，該相位差為N個碼 片并加上一定的誤差，而就整個系統(tǒng)而言，只要相位差在一定范圍內(nèi)即可；所述擴頻信號發(fā) 射模塊用于將所產(chǎn)生的偽隨機碼與待發(fā)射的用戶信息碼相關(guān)后添加捕獲幀頭，再予以發(fā)射， 所述捕獲幀頭為全1或全0，由此形成的幀結(jié)構(gòu)如圖12所示，由于捕獲幀頭采用全1或全0， 可以更好的進行捕獲判決，因為此時信號的旁瓣相當小，能夠區(qū)分出多個用戶的相關(guān)信息。
請參見圖13,所述接收裝置包括信號接收模塊、M序列發(fā)生器、信息解擴模塊、及反饋控制模塊。其中，所述信號接收模塊用于接收無線傳感網(wǎng)空間中傳播的電磁波信號，其又 進一步包括存儲輸入信息的輸入信息存儲器，當信息輸入后，其按塊存儲于輸入信息存儲器 中，所述輸入信息存儲器的存儲空間被設置為乒乓結(jié)構(gòu)；所述M序列發(fā)生器用于產(chǎn)生相應的 本地m序列偽隨機碼；所述匹配濾波器用于將接收的電磁波信號與所產(chǎn)生的本地m序列偽隨 機碼進行相關(guān)處理以獲得相應的相關(guān)結(jié)果，在本實施例中，所述匹配濾波器具有休眠及工作 兩種狀態(tài)，其輸入包括由輸入信息存儲器輸入的待處理信息、匹配濾波器休眠控制指示、及m 序列發(fā)生器產(chǎn)生的m序列，其輸出為相關(guān)結(jié)果，匹配濾波器所做的工作即是在時鐘控制下， 將輸入信息順次延時并與m序列相乘后求和，并其輸出結(jié)果依次存放于相關(guān)結(jié)果存儲器中相 應位置。而休眠控制指示則表示，在捕獲階段，匹配濾波器始終處于工作狀態(tài)，而在信息處 理階段，僅需要關(guān)注相應初始相位位置附近的結(jié)果并將其置入相關(guān)結(jié)果存儲器的相應位置， 在其他時間段均可處于休眠狀態(tài)。采用該方式可以較好的節(jié)省整個系統(tǒng)的能耗；所述信息解 擴模塊用于根據(jù)所獲得的相關(guān)結(jié)果確定所述電磁波信號中包含的用戶端數(shù)目，并設定相應門 限值以對超過門限值的信號進行相關(guān)峰判決來確定所述電磁波信號中包含的用戶信息，并記 錄判決獲得的相關(guān)峰值及相關(guān)峰位置，所述信息解擴模塊即是根據(jù)相關(guān)結(jié)果存儲器中的值進 行判斷并獲得不同用戶的信息，其首先根據(jù)相關(guān)結(jié)果設定門限，然后對超過門限的信號進行 相關(guān)峰判決，確認用戶信息，分用戶進行信息輸出。對于相同用戶的多徑，可采用Rake技術(shù) 合并輸出；所述反饋控制模塊用于根據(jù)記錄的相關(guān)峰值及相關(guān)峰位置判斷相應的用戶信息是 否存在跳變，并當判斷出存在跳變時根據(jù)所述相關(guān)峰值計算出去除旁瓣所需的補償值，再使 所述匹配濾波器根據(jù)所述補償值重新進行相關(guān)處理以獲得被旁瓣淹沒的用戶信息，其具有控 制自所述輸入信息存儲器提取進入所述匹配濾波器的輸入信息的輸入控制器，所述輸入控制 器主要根據(jù)是否需要進行去旁瓣處理的指示控制，若需要去旁瓣，則將上一塊輸入信息再次 輸入匹配濾波器(可視情況調(diào)用匹配濾波器的工作和休眠)；反之，則開始調(diào)入所述輸入信息 存儲器中存儲的新的輸入數(shù)據(jù)，在此需要保證的是，后續(xù)處理該信息存儲器數(shù)據(jù)的時間短于 輸入信息填滿乒乓結(jié)構(gòu)的相同存儲器的時間，才能滿足實時性要求。所述反饋控制模塊為去 除m序列旁瓣的主要實施控制部分，其輸入主要為在捕獲階段確認的用戶數(shù)及目前的用戶相 關(guān)峰值情況，其輸出主要為匹配濾波器所需的即時補償值及相配合的信息控制信號。根據(jù)所 述信息解擴模塊獲得的相關(guān)峰值情況，所述匹配濾波器提取相關(guān)峰幅度大小、相關(guān)峰出現(xiàn)位 置及相關(guān)峰的正負情況，根據(jù)相關(guān)峰出現(xiàn)位置判斷用戶數(shù)及輸出信息的完整情況，并根據(jù)捕 獲階段的用戶數(shù)確認是否需要進行旁瓣去除。用戶數(shù)的判決方式如下設相關(guān)峰值出現(xiàn)位置集合為"-^，^，A，…，AJ，擴頻碼長度為L，最大多徑時延為^。
當搜索到相關(guān)峰值《時，如果(《+ ")￡/>，其中^為整數(shù)，^=0， 1， 2，……，則判斷 該信息為同一用戶相關(guān)峰值，記為用戶一。
記錄集合尸中屬于區(qū)間[^+^) W+(""丄)]的值，該集合中的每個值記錄為^。開 始在該區(qū)間內(nèi)搜索下一用戶，搜索該區(qū)間的相關(guān)峰值位置，若 《廣 >//且《>^尸，
其中，"p為該區(qū)間內(nèi)搜索到的下一用戶的相關(guān)峰值位置。
則認為該信號為另一個用戶，認為與上一用戶間的相關(guān)峰值為上一用戶的多徑，并設定 "p = ^ 。
該過程一直繼續(xù)，直至搜索到該區(qū)間的最后一個值為止。
若超過門限值的用戶數(shù)等于捕獲階段確定的用戶數(shù)，則此時不需進行旁瓣去除即可獲得 最后的結(jié)果。但若在整個過程中可隨時進行用戶接入，即在整個過程中均進行捕獲，則旁瓣 去除是必須的。但旁瓣去除僅發(fā)生在信息翻轉(zhuǎn)的情況下，在沒有信息翻轉(zhuǎn)時，加上補償值反 倒會導致錯誤，須根據(jù)相關(guān)結(jié)果中同一用戶信息是否發(fā)生翻轉(zhuǎn)來決定是否需要進行旁瓣去除。
確認用戶數(shù)和相應的相關(guān)峰值位置及幅度后，即可根據(jù)當前m序列及匹配濾波器的相關(guān) 情況進行補償值計算。補償主要通過對原始信息的模擬去除原信號中包含信息翻轉(zhuǎn)造成的m 序列二值性失效。
設按時鐘驅(qū)動當前存儲器的數(shù)值進入匹配濾波器，當前已移位至第d位，共有N個用戶， 不同用戶的最新獲得相關(guān)峰值的位置分別為^-["，W'…，^J，則和當前匹配濾波器的m序列
對應的輸入信息所包含的m序列(和本地m序列相比)起始位為^-["—"，…，"—UJ， 取相應的m序列與本地m序列進行模二和處理，并將其幅度^ = Mi，^，…，^]和信息位的正負 Z)-[D"A，""Dw]一并考慮進去，進行相乘，獲得的為N個類似m序列的數(shù)組 及 = 4化wwv^
其中附為本地m序列，為一固定值；
-"則代表從附的第"—位開始的移位m序列。
12而此時應取的補償值為A的后^-W-"，"—^，…，"—^]位的累加，并在最終結(jié)果中
加上補償值，補償值的計算方法如前所述，在此不再重述。
請參見圖14，其為所述接收裝置處理流程示意圖，所述接收裝置以所述m序列發(fā)生器產(chǎn) 生的本地m序列和輸入信息存儲器提供的輸入信息進行相關(guān)處理，所述信號解擴模塊在進行 幀頭捕獲時，由于基本無旁瓣的存在，可據(jù)此判斷存在的用戶數(shù)，并以最高相關(guān)峰值為依據(jù) 設置信號跟蹤門限(其可設置為相對較高的值)。在進入信息跟蹤階段后，根據(jù)門限設定進行 解擴處理，同時保留相關(guān)峰值和相關(guān)峰值位置對應表，再根據(jù)解擴結(jié)果進行判斷超過門限的 用戶解擴信號值是否發(fā)生跳變，如果信息位出現(xiàn)0， l跳變，則査閱該處出現(xiàn)的相關(guān)峰值H和 相關(guān)峰值位置P，再根據(jù)所述相關(guān)峰值計算信號幅度(即H/擴頻碼長)和信號正負，然后再 次進行相關(guān)處理，并同時計算需要進行的增減量(即補償值)，接著在再次的相關(guān)處理中進行 相關(guān)值增減，并輸出相關(guān)結(jié)果，接著再判斷是否仍有信號淹沒于旁瓣中，若有，繼續(xù)對超過 門限的信息進行解擴等處理，若無，則結(jié)束。
以下將通過仿真進一步說明本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端的相關(guān) 處理效果。以仿真3個用戶為例，各用戶信號幅度分別為l， 0. 01和0.001。
請參見圖15，其為用戶信號與本地m序列直接相關(guān)后的處理結(jié)果示意圖，由圖可見，在 該情況下，當信號未發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，可觀察到多個信號，但當信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)時，小信號將淹沒 在大信號的旁瓣中，從而無法正確解調(diào)。
請參見圖16，其為釆用旁瓣處理后的處理結(jié)果示意圖，由圖可見，無論信號有無翻轉(zhuǎn)， 均可正確解調(diào)小信號。圖17是圖16靠近0值附近的信號放大示意圖，可見，信號幅度為0.01 的信號均可完全辨認，而由于對O.Ol的信號未進行旁瓣去除，故該信號信息翻轉(zhuǎn)時的旁瓣對 幅度為O.OOl的信號造成了一定的影響。因此，當檢測到信號幅度為0.01的信號后，再次進 行旁瓣去除，則可將信號幅度為0.001的信號完全恢復。
請參見圖18,其為信號幅度為1和0.001的信號的旁瓣處理方案結(jié)果，由圖可見，對檢 測到的信號，其去除精度滿足恢復幅度為0. 001信號的要求。
綜上所述，本發(fā)明的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端通過在用戶端采用不同 的時延可有效區(qū)分各用戶信息，且通過對翻轉(zhuǎn)點處理后m序列旁瓣較低的特征避免了現(xiàn)有擴 頻通信中存在的遠近效應敏感的缺點。
權(quán)利要求
1. 一種無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，其特征在于包括接收裝置與發(fā)射裝置，其中，所述接收裝置包括信號接收模塊，用于接收無線傳感網(wǎng)空間中傳播的電磁波信號；M序列發(fā)生器，用于產(chǎn)生相應的本地m序列偽隨機碼；匹配濾波器，用于將接收的電磁波信號與所產(chǎn)生的本地m序列偽隨機碼進行相關(guān)處理以獲得相應的相關(guān)結(jié)果；信息解擴模塊，用于根據(jù)所獲得的相關(guān)結(jié)果確定所述電磁波信號中包含的用戶端數(shù)目，并設定相應門限值以對超過門限值的信號進行相關(guān)峰判決來確定所述電磁波信號中包含的用戶信息，并記錄判決獲得的相關(guān)峰值及相關(guān)峰位置；反饋控制模塊，用于根據(jù)記錄的相關(guān)峰值及相關(guān)峰位置判斷相應的用戶信息是否存在跳變，并當判斷出存在跳變時根據(jù)所述相關(guān)峰值計算出去除旁瓣所需的補償值，再使所述匹配濾波器根據(jù)所述補償值重新進行相關(guān)處理以獲得被旁瓣淹沒的用戶信息；所述發(fā)射裝置包括偽隨機碼發(fā)生控制器，用于在需要發(fā)射用戶信息時調(diào)用所述接收裝置的信號接收模塊接收當前無線傳感網(wǎng)中傳播的電磁波信號，并根據(jù)所述信息解擴模塊確定的當前電磁波信號包含的信號相關(guān)峰值的位置確定所述發(fā)射端即將要發(fā)射的信號的相關(guān)峰位置信息，并根據(jù)所述相關(guān)峰位置信息查詢預先儲存的m序列偽隨機碼初始相位表以確定初始相位，并使所述初始相位與所述無線傳感網(wǎng)中的其他用戶端的初始相位的差時延遠大于其在所述無線傳感網(wǎng)中所產(chǎn)生的最大多徑時延；偽隨機碼發(fā)生器，用于根據(jù)所確定的初始相位產(chǎn)生相應的m序列偽隨機碼；擴頻信號發(fā)射模塊，用于將所產(chǎn)生的偽隨機碼與待發(fā)射的用戶信息碼相關(guān)后添加捕獲幀頭，再予以發(fā)射。
2. 如權(quán)利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于ra序列自相關(guān)性的用戶端，其特征在于所述 信號接收模塊包括存儲輸入信息的輸入信息存儲器。
3. 如權(quán)利要求2所述的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，其特征在于所述輸入信息存儲器的存儲空間被設置為乒乓結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求l所述的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，其特征在于所述匹配濾波器為具有休眠及工作兩種狀態(tài)的濾波器。
5. 如權(quán)利要求1所述的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，其特征在于所述反饋控制模塊為根據(jù)C,(m)-2A(i ,/A)J[二 計算補償值的模塊，其中，G^)為第i個用戶需要進行的補償值，《為相關(guān)峰值，^為本地m序列長度，7'為擴頻初始相位，^'為信息位。
6. 如權(quán)利要求l所述的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，其特征在于所述 反饋控制模塊具有控制自所述輸入信息存儲器提取進入所述匹配濾波器的輸入信息 的輸入信息控制器。
7. 如權(quán)利要求l所述的無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，其特征在于所述 捕獲幀頭為全1或全0。
全文摘要
一種無線傳感網(wǎng)中基于m序列自相關(guān)性的用戶端，包括接收裝置與發(fā)射裝置，接收裝置由匹配濾波器中將接收的信號與本地m序列偽隨機碼相關(guān)后，由信息解擴模塊根據(jù)相關(guān)結(jié)果對超過門限值的信號進行相關(guān)峰判決來獲得相應用戶信息，并由反饋控制模塊根據(jù)記錄的相關(guān)峰信息計算去除旁瓣所需的補償值，再由匹配濾波器根據(jù)補償值重新進行相關(guān)處理以獲得被旁瓣淹沒的用戶信息；發(fā)射裝置由偽隨機碼發(fā)生控制器根據(jù)接收裝置所確定的當前無線傳感網(wǎng)中的信號的相關(guān)峰位置來確定初始相位，再由偽隨機碼發(fā)生器根據(jù)所述初始相位產(chǎn)生相應的m序列，最后由擴頻信號發(fā)射模塊將所述m序列與待發(fā)射的用戶信息碼處理后予以發(fā)射，由此可實現(xiàn)根據(jù)初始相位的不同來區(qū)分各用戶。
文檔編號H04B1/707GK101471687SQ20071017339
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者付耀先 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所