【正文】 γ2， 步長(zhǎng) Δ1Δ2。但是在大多數(shù)情況下，搜索相位的個(gè)數(shù)不是 2 的冪次方。在給定虛警概率上界的情況下，我們可以使得步長(zhǎng) 1? 較長(zhǎng)從而減少平均檢測(cè)時(shí)間。如果在這 2α 次的線性搜索中，相關(guān)器的輸出值大于門(mén)限 :，則完成捕獲，否則開(kāi)始搜索下一個(gè)搜索相位。下面是這種方法的詳細(xì)描述。當(dāng)信噪比大于 10dB時(shí)， SBS 算法所需的平均捕獲時(shí)間將隨著搜索相位的增加而增加。采用了改進(jìn)的 Twostage 同步捕獲算法。接收信號(hào)表達(dá)式為 : 10( ) ( )Ls l c clr t g x t N T lT????? ? ?? (43) 其中， lg 是相應(yīng)的抽頭延長(zhǎng)線的增益， cL 為抽頭延長(zhǎng)線個(gè)數(shù)。 當(dāng)前 超寬帶信號(hào)的捕獲算法 在現(xiàn)有的關(guān)于超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)文獻(xiàn)中，信號(hào)的同步方法一般分為兩類(lèi)。 3) 觀測(cè)再 K 單元跳變搜索 分析前面的搜索 方法，可知搜索順序就是由整數(shù) 1， 2，?， N 決定的某種置換。而起始點(diǎn)若落在第二個(gè)單元，則要搜索兩次，依次類(lèi)推，最后落在第 NK+1 單元，則要搜索 1NK??次。例如下面介紹的一些方法。設(shè)脈沖在 Ty內(nèi)的不定相位個(gè)數(shù)為 NΘ 1= /ftT ? ，其中 t?為一個(gè)相位間隔時(shí)間，跳時(shí)碼不定相位個(gè)數(shù)為 NΘ 2，則整個(gè)滑動(dòng)相關(guān)需要檢測(cè)捕獲的不定相位個(gè)數(shù)為 N=NΘ 1NΘ 2。由于 UWB 系統(tǒng)使用 ns 級(jí) /亞 ns 級(jí)窄脈沖傳遞信息，而且超寬帶信道為密集多徑信道，具有嚴(yán)重的頻率選擇性衰落，使得解決UWB通信系統(tǒng)中的同步問(wèn)題非常困難，成為 UWB通信系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。 (2)一旦完成這一階段后，則進(jìn)入跟蹤過(guò)程，即繼續(xù)保持同步，不因外界影響而失去同步。同步本身雖然不包含所要傳送的信息，但只有收發(fā)設(shè)備之間建立了同步后才能開(kāi) 始傳送信息，所以同步是進(jìn)行信息傳輸?shù)谋匾颓疤?。最大比?(MRC， Maximum Ratio Combining)，將每個(gè)分支相對(duì)應(yīng)的多徑分量的衰減幅度值作為加權(quán)系數(shù)進(jìn)行合并 ?；谙嚓P(guān)器組的 Rake 接收機(jī)可以用圖 36 所示，以本地信號(hào) g(t)為模板，采用 L 個(gè)并行的相關(guān)器分別捕獲每個(gè)多徑信號(hào)分量，相 關(guān)器輸出變量進(jìn)行加權(quán)合并作為判決變量 Z。 圖 35 AWGN 信道的最佳接收機(jī) Rake 接收機(jī) 信號(hào)經(jīng)過(guò)寬帶傳輸之后可能會(huì)引起頻率選擇性衰落，即信號(hào)經(jīng)多徑傳播后在時(shí)間上展寬。 AWGN 信道的最佳接收機(jī) 首先考慮一個(gè)無(wú)多徑和多址干擾的 AWGN(均值為 0、雙邊功率譜密度為 N0/2的高斯噪聲 )信道，假定接收機(jī)的有用信號(hào)為 ()Nrt，它受到加性噪聲 n(t)的干擾，那么接收信號(hào)可表示為 ( ) ( ) ( )ur t r t n t?? (310) ()nrt為發(fā)射信號(hào) s(t)經(jīng)時(shí)延和衰減之后的信號(hào) 假定發(fā)射機(jī)以數(shù)字形式發(fā)送信息，使用了 M 個(gè)不同的波形 ()mst， m=0，1， …M1，在符號(hào)間隔 T 內(nèi)，發(fā)送其中的一個(gè)波形。 cT 表示脈沖重復(fù)周期，則有 fT = ccNT ，每個(gè)信息符號(hào)用 cN 個(gè)脈沖表示。 THPSM 系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)在于通過(guò)高階正交調(diào)制提高系統(tǒng)傳輸效率和功率利用率。 THPAM 與 THPPM 的主要區(qū)別是，前者用信息符號(hào)控制脈沖幅度來(lái)傳輸信息，而后者是通過(guò)控制脈沖的位置來(lái)傳輸信息。()() kkfj jiT C C ??，取值范圍為：0 ? ()kjC ） ? bN ，為第 k 用戶偽隨機(jī)跳時(shí)序列的第 j 個(gè)碼元，跳時(shí)序列的周期為pN。通常符號(hào)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于脈沖持續(xù)時(shí)間，己調(diào)信號(hào)具有極小的占空比。 單周期脈沖 Scholtz 單周期脈沖 類(lèi)似于高斯函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)，是由 scholtz 提出的 [21]因此得名。如 :濾波器的設(shè)置，接收器帶寬的選擇，同時(shí)還要保證超寬帶系統(tǒng)嚴(yán)格滿足規(guī)定的頻譜規(guī)范。而主要的調(diào)制方式 有 :脈沖位置調(diào)制 (Pulse Position Modulation， ppM)[14][15]，相移鍵控調(diào)制 (Phase Shift Keying， PSK)以及脈沖幅度調(diào)制 (Pulse Amplitude Modulation， PAM)等 [16]。 nk? 可以表示為 : 2020 nkxnk? ? (211) 其中 nkX 是均值為 nk? 標(biāo)準(zhǔn)差為 nk? 的高斯隨機(jī)變量。 Intel 提出的 SV 模型是在 所規(guī)定的頻段中，以足夠窄的脈沖進(jìn)行測(cè)量得到的，為了與在 UWB 測(cè)量實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)更為吻合， IEEE 工作組對(duì) SV 模型進(jìn)行了一些修改 [5]。 如果 K1，則表示多徑的到達(dá)過(guò)程是成簇的 。 陰影衰落是無(wú)線傳播特有的一種現(xiàn)象，又稱慢衰落或者長(zhǎng)期衰落，主要由傳播路徑中的起伏地形，建筑物和樹(shù)林等的阻擋所產(chǎn)生的陰影效應(yīng)導(dǎo)致的損耗，其變化率比系統(tǒng)傳信率慢得多。首先，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置不同，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生衰落現(xiàn)象。同步算法的任務(wù)是在同步碼設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，研究快速的、易于實(shí)現(xiàn)的同步算法。在多用戶通信環(huán)境下，每個(gè)用戶發(fā)送的信息在同一環(huán)境下經(jīng)過(guò)不同的信道衰落迭加到一起，接收機(jī)需要在接收信息中提取目標(biāo)用戶的有用信息。 UWB 由于只在 需要時(shí)發(fā)送脈沖電波，且傳輸時(shí)的耗電量?jī)H有幾十毫瓦，另外利用擴(kuò)頻多址技術(shù)，系統(tǒng)具有較大的擴(kuò)頻處理增益，所以超寬帶技術(shù)就很容易應(yīng)用在各種移動(dòng)設(shè)備中，這樣就大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)電源的工作時(shí)間，滿足移動(dòng)通信設(shè)備的電源要求，而且低輻射功率可以減少電磁波對(duì)人體的輻射。 超寬帶無(wú)線電系統(tǒng)的處理增益主要取決于脈沖的占空比和發(fā)送每個(gè)比特所用的脈沖數(shù)，可以得到比目前實(shí)際擴(kuò)頻系統(tǒng)高得多的處理增益。 1. 絕對(duì)寬帶 : 500HLB f f M H z? ? ? (11) 其中，發(fā) fH和 fL分別定義在功率譜密度衰減為 10dB 的輻射點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的上限頻率和下限頻率。 2020 年 7 月份， 863 計(jì)劃又啟動(dòng)了高速 UWB 芯片研發(fā)的新項(xiàng)目，估計(jì)經(jīng)過(guò) 23 年努力，可以開(kāi)發(fā)成功 我國(guó)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 UWB 芯片。 2020 年 2 月 28 日，歐盟批準(zhǔn)歐洲 27山東大學(xué)碩士學(xué)位論文各成員國(guó)家可以使用 UWB 有源 RFID 定位系統(tǒng)。之后，超寬帶通信主要限于美國(guó)政府和軍方項(xiàng)目的研究。通常，將基于發(fā)射窄脈沖的超寬帶無(wú)線電稱為超寬帶沖激無(wú)線電 (UWBIR， Ultra Wide Band Impulse Radio)。門(mén)限 II Research on Synchronization Technology for UWB Wireless Communication System Abstract： This paper is mitted to highspeed DS UWB munication system synchronous technology research. First briefly introduces ultrawideband wireless foundation knowledge include ultrawideband technology development history, definition, characteristics, key technology and challenges, then the UWB munications channel model are analyzed, and then on the back of the system model is introduced, finally UWB ultra wideband (UWB) technology for high speed DS of synchronous technology were analyzed and studied, the improved to Stage capture algorithm, and a workgroup suggested using simulated channel model. The results show that, pared with traditional capture algorithm to Stage capture algorithm in largely reduced the time required to capture, also reduced the undetection probability. Keywords: ultrawideband。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)捕獲算法相比， TwoStage 捕獲算法在很大程度上減少了捕獲所需的時(shí) 間，同時(shí)也減小了漏檢概率。 Channel。 UWB 的發(fā)展史 現(xiàn)在主要的無(wú)線通信系統(tǒng)都是基于載波來(lái)傳輸信息的，事實(shí)上人類(lèi)第一次實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信是依靠脈沖來(lái)完成的。近年來(lái)，從 10100m 的短距離無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?，特別是隨著無(wú)線個(gè)域網(wǎng) (WPAN)的不斷發(fā)展。其中主要是美國(guó)的制造商走在前面，另外，也包括一些以色列、日本、英國(guó)、歐洲和中國(guó)臺(tái)灣省的企業(yè)。在學(xué)術(shù)交流方面， 2020 年 8 月，“ 863”計(jì)劃在上海召開(kāi)了第一個(gè)關(guān)于超寬帶研究開(kāi)發(fā)的研討會(huì)。 下面列出了幾類(lèi)通信系統(tǒng)的相對(duì)帶寬 Bf： 窄帶系統(tǒng)： 1%fB? 寬帶系統(tǒng)： 1 % 2 0 %fB?? 超寬帶系統(tǒng)： 20% fB? ： %fB ? 藍(lán)牙技術(shù)： %fB ? UWB 特點(diǎn) 與其它傳統(tǒng)的無(wú)線通信技術(shù)相比較， UWB 技術(shù)主要有下列特點(diǎn)。 由于超寬帶無(wú)線電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑 信號(hào)在時(shí)間上是可分離的。 2. 信道估計(jì) 信道估計(jì)的準(zhǔn)確性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能，是接收機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。 4. 快速同步技術(shù) 同步是超寬帶通信系統(tǒng)中非常值得關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題，在高速率的信號(hào)傳輸中，快速同步尤為關(guān)鍵。在 UWB 系統(tǒng)中，因?yàn)閭鬏數(shù)臄?shù)據(jù)率很高，所以不擴(kuò)頻或擴(kuò)頻因子很小，精確的信道估計(jì)和碼片均衡技術(shù)可以提高系統(tǒng)的性能。無(wú)線信道的總體損耗為路徑傳播損耗、陰影損耗及多徑衰落損耗之和 [6]了。又稱為快衰落或者短期衰落。 再給多徑信號(hào)添加一個(gè)極性，記作 Pl，用于表示反射導(dǎo)致的脈沖反相，并假設(shè) Pl，等概率地取 ? 1。因此， SV模型進(jìn)行修正后，被推薦為 的室內(nèi)信道模型。另外，利用簇幅度和簇內(nèi)每個(gè)多徑分量的幅度都服從指數(shù)衰減的特點(diǎn)，可以得到 nk? 的值 : 22220222101 0 l o g ( ) 1 0 1 0 ( ) l o g 1 0l o g 1 0 2 0n k n n k nknn n ktTnkTe enkeee? ? ???? ????? ?????????????? ?? ? ? (213) 對(duì)每個(gè)實(shí)現(xiàn) nk? 項(xiàng)包含的總能量必須歸一化為單位能量，即 : () 2111KnN nknk?????? (214) 根據(jù)修正后的 SV 模型，到達(dá)時(shí)間變量 nT 和nk?分別定義為到達(dá)速率為 Λ 和y 的泊松過(guò)程。隨著研究的深入，超寬帶無(wú) 線通信的調(diào)制方式被分為傳統(tǒng)的基于沖激無(wú)線電的方式和非 傳統(tǒng)的基于頻域處理的方式。在數(shù)學(xué)形式上，高斯單周脈沖即高斯脈沖和它的的各階導(dǎo)數(shù)。一般通過(guò)特殊設(shè)計(jì)或?yàn)V波獲得。 跳時(shí)脈沖位置調(diào)制 (THPPM) THPPM 系統(tǒng)將跳時(shí)多址 (THMA)與脈位調(diào)制 (PPM)相結(jié)合。 圖 32 THPPMUWB發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào) THPPM 系統(tǒng)利用用戶跳時(shí)碼之間的正交性避免用戶信號(hào)之間的相互干擾，同時(shí)偽隨機(jī)跳時(shí)碼大大減弱了輻射信號(hào)中的離散譜線 [24][25][26]。此外，在室內(nèi)密集多徑傳輸環(huán)境中， UWB 脈沖可能受 到衰落影響，這對(duì)于幅度調(diào)制是不利的。 PSM 的缺點(diǎn)在于它的誤碼性能比 BPSK 低 3dB，而且脈沖形狀的改變對(duì) PSM 影響很大，實(shí)際應(yīng)用中要求發(fā)射和接收電路的線性要好實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。2. pT ≈ cT ，即大占空比的情況?？梢宰C明，式 (315)中的噪聲分量氣是互不相關(guān)的高斯變量，且均值為 0，方差為 σ 2n。 Rake 接收機(jī)基本原理是使用一組相關(guān)器，對(duì)每個(gè)多徑分量使用一個(gè)相關(guān)接收機(jī)，各相關(guān)接收機(jī)與期望信號(hào)的一個(gè)延遲形式進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，然后將這些相關(guān)接收機(jī)的輸出根據(jù)某種規(guī)則進(jìn)行加權(quán)，并把加權(quán)后的各路輸出信號(hào)合并成為一個(gè)輸出信號(hào)。當(dāng)多徑數(shù)量很大時(shí)，需要很高的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。 第四章 UWB 系統(tǒng)中