專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于時(shí)間反演技術(shù)的oppm-uwb通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域，涉 及時(shí)間反演(Time Reversal,TR)無(wú)線通信技術(shù)和重疊脈沖位置調(diào)制(Overlapping Pulse Position Modulation,0ΡΡΜ)的超寬帶(Ultra Wide Band, UffB)通信方法。
背景技術(shù)：
超寬帶(UWB)通信中，重疊脈沖位置調(diào)制(OPPM)是對(duì)脈沖位置調(diào)制(PPM)的一種擴(kuò)展，這種擴(kuò)展是通過(guò)允許脈沖位置之間重疊而獲得的，并沒(méi)有縮短脈沖寬度或者說(shuō)沒(méi)有擴(kuò)展系統(tǒng)帶寬。OPPM調(diào)制相比于PPM調(diào)制而言可以獲得更高系統(tǒng)容量和通信速率，但由于OPPM正交性的破壞，其解調(diào)錯(cuò)誤概率有所提高；尤其是多徑環(huán)境對(duì)于OPPM調(diào)制的影響更大，在室內(nèi)密集多徑信道中，信號(hào)受到頻率選擇性衰落，信號(hào)能量被擴(kuò)展到幾個(gè)甚至幾十個(gè)符號(hào)周期以外，通信誤碼率會(huì)大幅提高。文獻(xiàn)‘Enhancement of RAKE receivers for ultra-wideband reception' (Communications, IET Volume :2, Issue 3 2008 p423_431)介紹了 rake 接收機(jī)在抑制多徑干擾方面的應(yīng)用和作用。Rake接收機(jī)通過(guò)對(duì)不同多徑信道產(chǎn)生的多徑成分進(jìn)行合并，達(dá)到較好的分集接收效果，提高系統(tǒng)接收端的信噪比，從而提高系統(tǒng)的性能。但使用Rake接收機(jī)增加了接收機(jī)的復(fù)雜性，其復(fù)雜程度隨判決前分析和合并的多徑數(shù)目增加而增大。且一維和二維Rake接收機(jī)都對(duì)信道特性具有比較高的依賴(lài)性，不能有效地獲取延遲到其他碼元符號(hào)的多徑能量，在復(fù)雜多徑和重疊多徑情況下，單獨(dú)使用Rake接收機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且效果不佳。JC 獻(xiàn)‘Implementation of Channel Equalization of Indoor Positioning System Based on MB-OFDM' (Information, Computing and Telecommunication,2009. YC-ICT' 09. IEEE Youth Conference2009，p7-10)介紹了信道均衡技術(shù)在補(bǔ)償和消除多徑環(huán)境造成的碼間干擾的作用。其中最大似然序列估計(jì)可以完全利用信號(hào)的多徑分量，被認(rèn)為是一種最佳檢測(cè)器，但是其計(jì)算復(fù)雜度較高，很難應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)，而很多次優(yōu)均衡器無(wú)法有效獲得多徑分集增益，不能積極地利用多徑傳輸?shù)男盘?hào)能量來(lái)改善系統(tǒng)的性能。JCW^ ^Quantifying the Degradation of Combined MUI and Multipath Effects in Impulse-Radio UWB^ (IEEE Transactions On Wireless Communications,Vol. 6,No. 8, August 2007)禾口文獻(xiàn) ‘Signal Design for Ultra-Wide-Band Communications in Dense Multipath^ (IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 51, No. 6，November 2002)等也對(duì)多徑環(huán)境對(duì)UWB通信的影響進(jìn)行了分析并提出了一些解決方案。但現(xiàn)在提出的方法多是基于復(fù)雜的計(jì)算或者增加接收機(jī)的復(fù)雜度的基礎(chǔ)上的，并不能利用簡(jiǎn)單的操作來(lái)抑制多徑環(huán)境的影響。時(shí)間反演(Time Reversal，TR)是近年來(lái)發(fā)展的一種新型無(wú)線通信技術(shù)，它具有獨(dú)特時(shí)_空聚焦功能和天然的環(huán)境自適應(yīng)性。TR可自動(dòng)適應(yīng)各種復(fù)雜的無(wú)線傳輸環(huán)境，不需要復(fù)雜的多徑信號(hào)合并處理以及自適應(yīng)算法，極大地簡(jiǎn)化接收機(jī)設(shè)計(jì)。更為重要的是，TR在抑制多徑衰落的同時(shí)，能充分地 利用多徑能量來(lái)提高信噪比、壓縮脈沖擴(kuò)展、減小符號(hào)間干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB無(wú)線通信方法，利用時(shí)間反演信號(hào)的自適應(yīng)聚焦特性，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜多徑環(huán)境下低誤碼率的超寬帶無(wú)線通信。該方法能夠有效減少多徑環(huán)境對(duì)傳輸誤碼率的影響，與傳統(tǒng)方法相比，具有不增加計(jì)算和接收機(jī)復(fù)雜度的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種基于時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB無(wú)線通信方法，如圖1所示，包括以下步驟步驟1 接收端首先根據(jù)OPPM-UWB無(wú)線通信的傳輸速率確定相應(yīng)脈沖寬度的調(diào)制脈沖X(t)并發(fā)送出去，調(diào)制脈沖X(t)通過(guò)多徑無(wú)線信道傳輸后，設(shè)發(fā)送端接收到的信號(hào)為 y(t)，然后發(fā)送端對(duì)接收信號(hào)y(t)進(jìn)行時(shí)間反演操作，得到反演信號(hào)s (t) =y(T-t)，其中 T為接收信號(hào)的長(zhǎng)度。步驟2 發(fā)送端將步驟1所得的反演信號(hào)s(t)作為抑制多徑干擾的調(diào)制脈沖對(duì)需要發(fā)送的信息進(jìn)行OPPM調(diào)制并發(fā)送。對(duì)于M進(jìn)制的OPPM調(diào)制(M等于2、4、8或16)，不同編碼對(duì)應(yīng)的脈沖位置間隔設(shè)為Vt，選用的高斯脈沖的脈沖寬度為T(mén)p，則碼片時(shí)間可以表示為T(mén)s = Vt · (M-I)+Tp，其示意圖在圖2中給出。步驟3 接收端接收發(fā)送端于步驟2所發(fā)送的OPPM調(diào)制信號(hào)，然后對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼，還原出發(fā)送的信息。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在OPPM調(diào)制中引入時(shí)間反演技術(shù)，提出了一種基于時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB通信方法，該方法利用時(shí)間反演信號(hào)的自適應(yīng)聚焦特性，可以在經(jīng)過(guò)復(fù)雜多徑信道傳輸后，將能量集中在需要的位置，從而減小能量向其他碼片時(shí)間的擴(kuò)展，減小多徑延遲造成的碼間干擾，從而降低系統(tǒng)的誤碼率。同傳統(tǒng)的減小多徑干擾的方法相比，該方法不需要增加接收機(jī)的復(fù)雜度，也不需要進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理，只需要改變脈沖調(diào)制所使用的波形，就可以實(shí)現(xiàn)多徑信道的干擾抑制。


圖1為本發(fā)明基本流程示意圖。圖2為本發(fā)明所采用的M進(jìn)制OPPM調(diào)制中不同編碼對(duì)應(yīng)脈沖位置的示意圖。圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式
選擇的高斯調(diào)制脈沖波形圖。圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中發(fā)送端接收到的信號(hào)y(t)的波形圖。圖5為時(shí)間反演通信中，發(fā)射端發(fā)送反演波形s(t)后接收端接收到的信號(hào)波形。圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，采用4進(jìn)制OPPM調(diào)制中不同編碼對(duì)應(yīng)脈沖位置的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。一種基于時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB無(wú)線通信方法，包括以下步驟
步驟1 接收端首先根據(jù)OPPM-UWB無(wú)線通信的傳輸速率確定相應(yīng)脈沖寬度的調(diào)制脈沖X(t)并發(fā)送出去，調(diào)制脈沖X(t)通過(guò)多徑無(wú)線信道傳輸后，設(shè)發(fā)送端接收到的信號(hào)為 y(t)，然后發(fā)送端對(duì)接收信號(hào)y(t)進(jìn)行時(shí)間反演操作，得到反演信號(hào)s (t) =y(T-t)，其中 T為接收信號(hào)的長(zhǎng)度。步驟2 發(fā)送端將步驟1所得的反演信號(hào)s (t)作為抑制多徑干擾的調(diào)制脈沖對(duì)需要發(fā)送的信息進(jìn)行OPPM調(diào)制并發(fā)送。步驟3 接收端接收發(fā)送端于步驟2所發(fā)送的OPPM調(diào)制信號(hào)，然后對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼，還原出發(fā)送的信息。本實(shí)施例中將收發(fā)天線安置在密閉空間內(nèi)，空間內(nèi)通過(guò)隨機(jī)布置雜物以模擬復(fù)雜多徑環(huán)境。調(diào)制脈沖x(t)采用任意波形發(fā)生器AWG7122B模擬產(chǎn)生，其DA采樣率可以達(dá)到24GHz ；接收信號(hào)y(t)采用串行數(shù)字信號(hào)分析儀DSA72004B采集，其AD采樣率最高可達(dá) IOOGHz。調(diào)制脈沖x(t)采用高斯脈沖，如圖3所示，脈沖寬度為T(mén)p = Ins,中心頻率3. 9GHz。 進(jìn)行步驟1操作時(shí)，發(fā)送端接收到的信號(hào)y(t)如圖4所示。從圖4可以看出，無(wú)線信道中有著豐富的多徑，信號(hào)寬度出現(xiàn)了很大的擴(kuò)展。將信號(hào)y(t)進(jìn)行時(shí)間反演操作，得到反演信號(hào)s (t)，反演信號(hào)s (t)從發(fā)射端重新發(fā)送，接收端接收到的信號(hào)在圖5中給出。從圖5 給出的接收信號(hào)中可以觀察到明顯的聚焦現(xiàn)象。該現(xiàn)象充分證明了時(shí)間反演信號(hào)所具有的自適應(yīng)的時(shí)間、空間同步聚焦特性。實(shí)施例中我們以4進(jìn)制OPPM的調(diào)制方式為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。脈沖位置調(diào)制不同編碼間的脈沖移位為Vt = Tp/3，碼片時(shí)間Ts選為初始選定的調(diào)制高斯脈沖寬度的兩倍，即 Ts = 2ΤΡ。故在碼片時(shí)間內(nèi)共有四種不同的脈沖位置狀態(tài)，可以分別用來(lái)表示00，01，10，11 四種二進(jìn)制信息。4進(jìn)制OPPM的不同的脈沖位置示意圖如圖6所示。實(shí)驗(yàn)中我們選擇發(fā)送600個(gè)0到255之間數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)可以由8位二進(jìn)制碼表示。按照OPPM調(diào)制方法對(duì)待發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼調(diào)制，調(diào)制過(guò)程中使用發(fā)明內(nèi)容中所提到的接收到信號(hào)的反演信號(hào)s (t)作為調(diào)制使用的脈沖波形，最終的調(diào)制信號(hào)可以表示為
2399PPml(t) = Σ s(t-jTs - Sj)
J=O式中ε」為OPPM編碼引入的時(shí)移，取值分別為0，Tp/3，2Tp/3，Tp可以分別表示00， 01，10，11四種二進(jìn)制信息。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們同時(shí)采用初始選定的調(diào)制高斯脈沖x(t)作為調(diào)制使用的脈沖波形進(jìn)行OPPM編碼調(diào)制，作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)。所得到的最終調(diào)制信號(hào)可以表示為
2399PPm2(t) = Σ x(t-jTs -Sj)
J=O進(jìn)行發(fā)明內(nèi)容中所述步驟3的操作，分別對(duì)兩組信號(hào)進(jìn)行發(fā)送接收和解調(diào)，分別計(jì)算得到兩種方式的誤碼率。所示結(jié)果在表1中給出。表 1
TR-0PPM-UWB傳統(tǒng) OPPM-UWB
平均誤碼率 0.0154170.426875通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析比較可以發(fā)現(xiàn)，不使用時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB通信方法的誤碼率極高，完全不能適用于復(fù)雜多徑下的通信。而采用時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB通信方法的誤碼率降低很多。實(shí)驗(yàn)中碼元的傳輸速率到達(dá)了 lGbps，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，降低傳輸速率，還會(huì)使得誤碼率進(jìn)一步的下降，可以降低到10_2以下。而采用正交PPM調(diào)制，在碼片時(shí)間相同的情況下，將會(huì)得到更低的誤碼率。需要指出的是，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們未采用任何形式的糾錯(cuò)碼。根據(jù)相關(guān)的通信理論，未采用信道編碼時(shí)誤碼率達(dá)到10_2以下，則通過(guò)RS編碼等信道編碼后，通信誤碼 率可以降至10_6以下，能夠滿足實(shí)際通信的要求。實(shí)施例證明了采用時(shí)間反演技術(shù)能夠大幅降低OPPM-UWB通信在復(fù)雜多徑環(huán)境下的誤碼率，使得其能夠滿足實(shí)際通信的需求。證明了本發(fā)明所述方法的正確性和實(shí)用性。
權(quán)利要求
1.一種基于時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB無(wú)線通信方法，包括以下步驟步驟1 接收端首先根據(jù)OPPM-UWB無(wú)線通信的傳輸速率確定相應(yīng)脈沖寬度的調(diào)制脈沖x(t)并發(fā)送出去，調(diào)制脈沖x(t)通過(guò)多徑無(wú)線信道傳輸后，設(shè)發(fā)送端接收到的信號(hào)為 y(t)，然后發(fā)送端對(duì)接收信號(hào)y(t)進(jìn)行時(shí)間反演操作，得到反演信號(hào)s (t) =y(T-t)，其中 T為接收信號(hào)的長(zhǎng)度；步驟2 發(fā)送端將步驟1所得的反演信號(hào)s (t)作為抑制多徑干擾的調(diào)制脈沖對(duì)需要發(fā)送的信息進(jìn)行OPPM調(diào)制并發(fā)送；步驟3 接收端接收發(fā)送端于步驟2所發(fā)送的OPPM調(diào)制信號(hào)，然后對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼，還原出發(fā)送的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB無(wú)線通信方法，其特征在于， 所述OPPM調(diào)制為M進(jìn)制的OPPM調(diào)制，其中M等于2、4、8或16。
全文摘要
一種基于時(shí)間反演技術(shù)的OPPM-UWB通信方法，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。技術(shù)方案包括步驟1接收端首先根據(jù)OPPM-UWB無(wú)線通信的傳輸速率確定相應(yīng)脈沖寬度的調(diào)制脈沖x(t)并發(fā)送，然后發(fā)送端對(duì)接收信號(hào)y(t)進(jìn)行時(shí)間反演操作，得到反演信號(hào)s(t)；步驟2發(fā)送端將反演信號(hào)s(t)作為抑制多徑干擾的調(diào)制脈沖對(duì)需要發(fā)送的信息進(jìn)行OPPM調(diào)制并發(fā)送；步驟3接收端接收OPPM調(diào)制信號(hào)，然后對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼，還原出發(fā)送的信息。本發(fā)明在OPPM調(diào)制中引入時(shí)間反演技術(shù)，利用時(shí)間反演信號(hào)的自適應(yīng)聚焦特性，能夠減小多徑延遲造成的碼間干擾，從而降低系統(tǒng)的誤碼率。本發(fā)明無(wú)需增加接收機(jī)的復(fù)雜度，也不需要進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理，就可以實(shí)現(xiàn)多徑信道的干擾抑制。
文檔編號(hào)H04B1/719GK102332937SQ20111028709
公開(kāi)日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者王秉中, 章志敏, 臧銳, 葛廣頂 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)