專利名稱：利用瞬態(tài)峰值能量的猝發(fā)通信系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字通信和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種利用接收信號(hào)在建立過(guò)程中的瞬態(tài)峰值能量傳輸短數(shù)據(jù)或小數(shù)據(jù)包的極高速猝發(fā)通信方法。
背景技術(shù)：
I、傳感網(wǎng)與猝發(fā)通信無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN :Wireless Sensor Network)是物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐,通常是由大量在空間上分布的自動(dòng)裝置以自組織形式構(gòu)成的多跳數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，借以將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送到接收中心進(jìn)行處理。WSN的節(jié)點(diǎn)除配備一個(gè)或多個(gè)傳感器外，還裝備了無(wú)線電收發(fā)信機(jī)和微控制器，尺寸和成本取決于WSN的規(guī)模及單個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜度。通常這種WSN 節(jié)點(diǎn)要靠微型電池來(lái)供電，其存活時(shí)間主要受限于電池的壽命，故節(jié)能對(duì)于延長(zhǎng)WSN節(jié)點(diǎn)的使用壽命至關(guān)重要，也更符合當(dāng)今追求節(jié)能減排、綠色環(huán)保的發(fā)展要求。由于無(wú)線電發(fā)射機(jī)是WSN節(jié)點(diǎn)中耗能的主要模塊，故千方百計(jì)地縮短發(fā)射機(jī)的工作時(shí)間，可以有效地延長(zhǎng)WSN節(jié)點(diǎn)的工作時(shí)限，并減少對(duì)于其它WSN節(jié)點(diǎn)和整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)的干擾，從而提高整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的容量。因此，WSN希望各節(jié)點(diǎn)能夠在盡可能短的“猝發(fā)”時(shí)段內(nèi)完成數(shù)據(jù)的傳輸。另外，有專家在分析了國(guó)外高頻(HF)頻段的偵察、干擾技術(shù)對(duì)抗干擾通信的影響后指出窄帶信號(hào)長(zhǎng)度小于50ms就不易被截獲,小于IlOms就不易被定向/定位。而對(duì)甚高頻/超高頻(VHF/UHF)頻段，信號(hào)長(zhǎng)度還應(yīng)更短。因此，抗干擾、抗截獲的猝發(fā)通信最好在IOms量級(jí)內(nèi)完成信息傳輸，這自然希望或要求在通信信號(hào)的持續(xù)瞬間有盡可能高效的調(diào)制/傳輸效率。2、簡(jiǎn)化的擴(kuò)展二元相移鍵控調(diào)制I)頻譜利用率與能量利用率高速增長(zhǎng)的寬帶無(wú)線業(yè)務(wù)需求對(duì)無(wú)線通信提出了越來(lái)越高的要求，直接導(dǎo)致了空中的無(wú)線電頻率越來(lái)越擁擠，最大限度地壓縮無(wú)線傳輸頻譜具有重要的實(shí)際意義和直接的經(jīng)濟(jì)效益。數(shù)字通信系統(tǒng)的頻譜利用率，可用單位頻帶內(nèi)能夠傳輸?shù)臄?shù)碼率(以bps/Hz表示，但嚴(yán)格地說(shuō)，應(yīng)該是扣除信道編碼后的信息速率或“凈”碼率)來(lái)考核，主要取決于把二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼流調(diào)制成發(fā)送頻段模擬載波時(shí)所占的頻帶寬度。無(wú)線通信系統(tǒng)的能量利用率，可直接用為達(dá)到所需技術(shù)指標(biāo)或?yàn)橥瓿山o定任務(wù)功能所需的發(fā)射功率(W)來(lái)度量。但由于天線會(huì)引入額外的增益(無(wú)論是發(fā)射天線還是接收天線)且隨天線的種類和形式而不同，故以接收信噪比(SNR)來(lái)考核更為合理與直接。2)綜合效率指標(biāo)頻譜利用率和能量利用率是任何通信體制部必須面對(duì)的基本指標(biāo)，但受經(jīng)典的信道容量制約，二者難以兩全，因此可用bps/Hz/SNR作為綜合指標(biāo)來(lái)更客觀、更全面地評(píng)估。條件當(dāng)然應(yīng)該是在相同的信道條件、同樣的誤碼率和相等的凈碼率下來(lái)比較。其內(nèi)涵恰似追求“在單車道(帶寬受限)開(kāi)快車(傳高碼率)且盡量省油(節(jié)約發(fā)射功率)”。對(duì)于由大量傳感器節(jié)點(diǎn)自組織而成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，更是如此。因?yàn)椴浑y想象，無(wú)論多么卓越的“交通規(guī)則”(組網(wǎng)協(xié)議)，也很難把一群低速費(fèi)油的“老爺車”(碼速低且能耗高的)組織成高效長(zhǎng)壽的交通運(yùn)輸系統(tǒng)(傳感器網(wǎng)絡(luò))?，F(xiàn)有WSN節(jié)點(diǎn)的通信物理層，采用傳統(tǒng)的偽隨機(jī)序列直接擴(kuò)頻(DSSS)和經(jīng)典的BPSK/QPSK( 二進(jìn)制/四進(jìn)制相移鍵控)調(diào)制，盡管技術(shù)上早已成熟，理論上功率效率最高，但由于頻譜效率低下，因而在同樣的頻譜帶寬內(nèi)數(shù)據(jù)速率低，用于WSN這種需要短數(shù)據(jù)較頻繁突發(fā)性傳輸?shù)膱?chǎng)合，就會(huì)導(dǎo)致通信“握手”慢(至少需30ms)、數(shù)據(jù)傳輸慢(只有250kbps)、且系統(tǒng)容量低(每個(gè)接入點(diǎn)所能接納的WSN節(jié)點(diǎn)數(shù)遠(yuǎn)低于協(xié)議標(biāo)稱值)，這就需要節(jié)點(diǎn)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)更長(zhǎng)時(shí)間地開(kāi)機(jī)，由此反而導(dǎo)致了能耗增加，因?yàn)樵赪SN節(jié)點(diǎn)各功能模塊中，發(fā)射機(jī)是耗能的“大戶”。3)擴(kuò)展的二元相移鍵控調(diào)制在發(fā)明專利“統(tǒng)一的二元正交偏移鍵控調(diào)制和解調(diào)方法”(專利號(hào)ZL200710025203. 6)中，定義了一類擴(kuò)展的二元相移鍵控(EBPSK :Extended Binary PhaseShift Keying)調(diào)制 s0(t) = Asinωct,0 ^ t < T
\Bsinio/+θ), 0 < /<τ,0 <θ < π(I)#(/)= V "；
[^sinco/,O <τ < /< T7其中，S0 (t)和S1 (t)分別表示碼元“O”和“I”的調(diào)制波形，ω。為載波角頻率；碼元周期Τ = 2πΝ/ω。持續(xù)了 N彡I個(gè)載波周期，“I”碼元的調(diào)制時(shí)間長(zhǎng)度τ = 2πΚ/ωε持續(xù)了 K < N個(gè)載波周期，K和N均為整數(shù)以保證整周期調(diào)制，而τ T = K N可稱為“調(diào)制占空比”。(I)式中載波鍵控的相位角度Θ越小，EBPSK檢測(cè)性能越差。故為了保證解調(diào)性能及實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，取θ = π，由此帶來(lái)的另一個(gè)好處是有利于接收機(jī)通過(guò)限幅來(lái)抗信道衰落和脈沖干擾。此時(shí)(I)式簡(jiǎn)化為S0(t) = Asinωct,O ^ t < T
,,\ - B ηω/, O < /< τ(2)^1(Z)=.
τ <t<Τ 可見(jiàn)此時(shí)的EBPSK調(diào)制信號(hào)波形除在數(shù)據(jù)“ I ”的起始處有短時(shí)的反相及幅度Α+Β的跳變外，其余部是連續(xù)的正弦波。3、數(shù)字沖擊濾波器(Digital Impacting Filters)對(duì)于“0”、“ I ”波形差異很小的不對(duì)稱調(diào)制，經(jīng)典的用于對(duì)稱調(diào)制波形的匹配濾波器和相關(guān)檢測(cè)方法已不再最佳。為了提高對(duì)于EBPSK調(diào)制信號(hào)的解調(diào)性能，一類無(wú)限沖激響應(yīng)(IIR)數(shù)字濾波器，由一對(duì)共軛零點(diǎn)和至少兩對(duì)共軛極點(diǎn)構(gòu)成，信號(hào)載頻高于零點(diǎn)頻率但低于所有極點(diǎn)頻率，而零點(diǎn)頻率與極點(diǎn)頻率的靠近程度，至少要達(dá)到信號(hào)載頻的10_3量級(jí)。由此，該濾波器通過(guò)其通帶中心陡峭的陷波-選頻特性，可將EBPSK調(diào)制信號(hào)在碼元“I”處的信息調(diào)制(相位跳變、周期缺失或脈沖出現(xiàn))轉(zhuǎn)變?yōu)槊黠@而強(qiáng)烈的寄生調(diào)幅沖擊，輸出信噪比得到顯著提升，甚至可在信號(hào)被噪聲完全淹沒(méi)的情形下(SNR < O)以過(guò)沖的形式突顯出信號(hào)的調(diào)制信息，故稱之為數(shù)字沖擊濾波器或EBPSK信號(hào)數(shù)字增強(qiáng)器，但在碼元“O”處則無(wú)相應(yīng)的波形沖擊，如圖I所示(見(jiàn)“用于增強(qiáng)不對(duì)稱二元調(diào)制信號(hào)的沖擊濾波方法”，發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)CN101599754)。采用單零點(diǎn)-3極點(diǎn)的沖擊濾波器，其傳遞函數(shù)形為
權(quán)利要求
1.利用瞬態(tài)峰值能量的猝發(fā)通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，所述發(fā)射機(jī)采用簡(jiǎn)化的擴(kuò)展二元相移鍵控調(diào)制，調(diào)制數(shù)據(jù)表達(dá)式為以下3種形式之一 1)反相調(diào)制
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用瞬態(tài)峰值能量的猝發(fā)通信系統(tǒng)，其特征在于 1)所述數(shù)字沖擊濾波器(I)為無(wú)限沖激響應(yīng)結(jié)構(gòu)，由一對(duì)共軛零點(diǎn)和至少兩對(duì)共軛極點(diǎn)構(gòu)成，信號(hào)載頻高于零點(diǎn)頻率但低于所有極點(diǎn)頻率，而零點(diǎn)頻率與極點(diǎn)頻率的靠近程度，至少要達(dá)到信號(hào)載頻的10_3量級(jí)； 2)所述預(yù)處理器(2)是對(duì)所述數(shù)字沖擊濾波器(I)所產(chǎn)生的寄生調(diào)幅波形取包絡(luò)絕對(duì)值； 3)所述歸零碼判決器(3)通過(guò)門限判決對(duì)所述預(yù)處理器(2)輸出的沖擊包絡(luò)進(jìn)行整形，得到歸零碼后，同時(shí)送入所述位時(shí)鐘發(fā)生器(7)和所述時(shí)延計(jì)算模塊(4)； 4)當(dāng)出現(xiàn)歸零碼“I”時(shí)，所述時(shí)延計(jì)算模塊⑷測(cè)量其高電平持續(xù)時(shí)間，根據(jù)沖擊包絡(luò)最高處與歸零碼“I”下降沿的相對(duì)位置關(guān)系，得到?jīng)_擊包絡(luò)的延時(shí)量； 5)所述位時(shí)鐘發(fā)生器(7)的起始時(shí)刻與歸零碼“I”的下降沿對(duì)齊，產(chǎn)生與傳輸碼率相對(duì)應(yīng)的位同步時(shí)鐘； 6)所述可變延時(shí)器(5)根據(jù)所述時(shí)延計(jì)算模塊(4)所測(cè)出的延時(shí)量動(dòng)態(tài)調(diào)整沖擊包絡(luò)的延時(shí)，使位同步時(shí)鐘的上升沿與沖擊包絡(luò)的最高處對(duì)齊，從而達(dá)到位同步的目的； 7)所述積分判決器￠)以所述位時(shí)鐘發(fā)生器(7)輸出的位同步脈沖作為時(shí)間基準(zhǔn)，對(duì)碼元內(nèi)的包絡(luò)采樣值積分后進(jìn)行判決，即解調(diào)出所接收到的數(shù)據(jù)序列； 8)所述幀處理器⑶對(duì)所述積分判決器(6)輸出的已經(jīng)位同步的猝發(fā)碼流，利用11位巴克碼與之進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)，只有檢測(cè)到“11100010010”的11位巴克碼幀頭后才進(jìn)行有效數(shù)據(jù)信息的提取，這一幀頭檢測(cè)過(guò)程同時(shí)完成了無(wú)效數(shù)據(jù)的丟棄及有效數(shù)據(jù)起始的判斷，實(shí) 現(xiàn)了巾貞同步。
全文摘要
利用瞬態(tài)峰值能量的猝發(fā)通信系統(tǒng)，發(fā)射機(jī)采用簡(jiǎn)化的擴(kuò)展二元相移鍵控調(diào)制，接收機(jī)包括一接收天線，接收天線連接一模擬接收機(jī)，模擬接收機(jī)連接一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接一EBPSK數(shù)字解調(diào)器，EBPSK數(shù)字解調(diào)器連接一幀處理器；模擬接收機(jī)包括一前置放大器，前置放大器連接一混頻器，混頻器連接一中頻放大器；EBPSK數(shù)字解調(diào)器包括一數(shù)字沖擊濾波器，數(shù)字沖擊濾波器連接一預(yù)處理器，預(yù)處理器連接一歸零碼判決器，歸零碼判決器連接一時(shí)延計(jì)算模塊，時(shí)延計(jì)算模塊和預(yù)處理器均連接到一可變延時(shí)器，可變延時(shí)器連接一積分判決器，所述歸零碼判決器還連接一時(shí)鐘發(fā)生器，時(shí)鐘發(fā)生器連接到積分判決器，一頻率合成器分別連接到混頻器和時(shí)鐘發(fā)生器。
文檔編號(hào)H04L27/22GK102904849SQ201110209280
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者吳樂(lè)南, 吳金玲 申請(qǐng)人:蘇州東奇信息科技有限公司