超寬帶信號(hào)同步的研究

摘 要：針對(duì)TH調(diào)制PPM超寬帶系統(tǒng)，給出一種解決IR-UWB通信系統(tǒng)信號(hào)捕獲和定時(shí)同步方法。這種方法基于導(dǎo)頻脈沖序列，接收機(jī)使用與導(dǎo)頻脈沖序列相匹配的相關(guān)濾波器，通過(guò)觀察相關(guān)器的輸出信號(hào)，可以估計(jì)導(dǎo)頻序列的存在，此外，相關(guān)器輸出的峰值可以使接收機(jī)與發(fā)射機(jī)時(shí)間對(duì)齊，從而達(dá)到同步。采用仿真與理論分析相結(jié)合的方法，詳細(xì)分析了AWGN和多徑信道下的同步性能，結(jié)果表明，理論分析和仿真結(jié)果相吻合，利用導(dǎo)頻脈沖序列在各種信道下均可獲得很好的同步。

關(guān)鍵詞：同步；導(dǎo)頻；相關(guān)器;超寬帶

Study of Synchronization for UWB Communication

YAO Shangji，ZHENG Fei

(Guilin University of Electronic Technology，Guilin，541004，China)

Abstract：In this paper，a simple method of signal acquisition and time-synchronization for TH-PPM-UWB communication system is given.The receiver utilizes the correlator which matches to the pilot pulsed sequence.The existence of the pilot pulsed can be displayed by the output of correlator.Synchronization of receiver and transmitter can be attained by the peak value of correlator.For AWGN and multipath channels，theoretical analysis is consistent with simulation results.Furthermore，the simulation results indicate that the pilot pulsed synchronization scheme can achieve satisfactory performance.

Keywords：synchronization；pilot pulsed；correlator;UWB

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1 引 言

由于超寬帶信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間短，占空比低，工作信噪比低，而實(shí)際超寬帶信道又是密集多徑的，現(xiàn)有的超寬帶同步方案^［1，2］中大部分都是基于相干的方法，從超寬帶通信系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差敏感性分析^［3］可知，如果接收端采用固定的模板相關(guān)信號(hào)，則需要接收機(jī)非常精確的定時(shí)，故需要尋求新的途徑來(lái)解決超寬帶通信系統(tǒng)在密集多徑下的信號(hào)捕獲和定時(shí)同步問(wèn)題。

給出了基于導(dǎo)頻脈沖序列簡(jiǎn)單捕獲和定時(shí)同步算法：接收信號(hào)與原始脈沖序列的“拷貝”互相關(guān)，下面稱原始脈沖序列的“拷貝”為模板信號(hào)。相關(guān)積分必須考慮模板信號(hào)在時(shí)間上的所有可能位置。在這種方式下，相關(guān)器輸出信號(hào)幅度隨接收信號(hào)與時(shí)移模板信號(hào)的相似性而改變。相似程度越高，相關(guān)器輸出越大。如果相關(guān)器的輸出超過(guò)某個(gè)門(mén)限值，接收機(jī)就認(rèn)為出現(xiàn)了導(dǎo)頻信號(hào)(信號(hào)捕獲)。這時(shí)，接收機(jī)估計(jì)相關(guān)器輸出的峰值并計(jì)算模板信號(hào)的相應(yīng)時(shí)移。這個(gè)時(shí)移就是傳播時(shí)延的一個(gè)估計(jì)值。在理想情況下，信號(hào)不受噪聲和失真的影響，上面的估計(jì)就可以使發(fā)射機(jī)和接收機(jī)正確同步(定時(shí)同步)。本文對(duì)AWGN信道和多徑信道下CM1信道模型進(jìn)行了仿真分析，驗(yàn)證了利用導(dǎo)頻脈沖實(shí)現(xiàn)信號(hào)捕獲和定時(shí)同步的可行性。

2 接收機(jī)結(jié)構(gòu)

接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1表明該超寬帶接收機(jī)由信號(hào)相關(guān)器、判決器兩個(gè)模塊組成，下面分別研究它們的性能。

2.1 信號(hào)相關(guān)器

假設(shè)多徑接收信號(hào)r(t)與本地模板v(t)均為周期為T(mén)_b的周期函數(shù)，且相位完全同步。在一個(gè)碼元周期內(nèi)，定義E_rr為多徑接收信號(hào)r(t)的自相關(guān)值，Evv為模板信號(hào)v(t)的自相關(guān)值，Erv為多徑接收信號(hào)r(t)與模板信號(hào)v(t)的互相關(guān)值。則E_rr表示多徑接收信號(hào)在一個(gè)碼元周期內(nèi)的能量，E_vv表示本地模板在一個(gè)碼元周期內(nèi)的能量，即：