多用戶(hù)抗干擾同步方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種多用戶(hù)抗干擾同步方法，同時(shí)也涉及相應(yīng)的多用戶(hù)抗干擾同步裝置，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]信號(hào)同步模塊是無(wú)線通信系統(tǒng)中的基本功能模塊。在接收機(jī)進(jìn)入接收狀態(tài)后，信號(hào)同步模塊開(kāi)始工作；信號(hào)同步模塊通過(guò)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，判斷空口接收到的信號(hào)是否是發(fā)送的數(shù)據(jù)包。
[0003]工作在2.4Ghz頻段的ZigBee物理層采用IEEE802.15.4協(xié)議。ZigBee物理層每4個(gè)信息比特通過(guò)直接序列擴(kuò)頻(direct sequence spread spectrum:DSSS)技術(shù)映射為一個(gè)偽噪聲(Pseudo-Noise:PN)序列，采用了半正弦脈沖成形的偏移四相相移鍵控(offsetquadrature phase shift keying:0QPSK)的調(diào)制方式，映射關(guān)系如圖1所示。
[0004]ZigBee的前導(dǎo)序列由符號(hào)“0000”對(duì)應(yīng)的32比特的碼片組成.為提高同步接收靈敏度，采用了重復(fù)編碼的方式，即相應(yīng)的碼片重復(fù)8次后發(fā)送。使用重復(fù)編碼增加冗余的方式編碼效率低，同時(shí)由于前導(dǎo)序列過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致通信效率低下。
[0005]通常，同步是通過(guò)對(duì)接收到的前導(dǎo)序列(preamble)處理得到。前導(dǎo)序列通常具備特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在接收端的信號(hào)處理需要判斷接收信號(hào)中是否存在這樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，采用的方式通常有自相關(guān)和互相關(guān)兩種方式。
[0006]如圖1所示，由于ZigBee的前導(dǎo)序列為已知序列(符號(hào)“0000”對(duì)應(yīng)的碼片)。可以根據(jù)接收機(jī)接收信號(hào)與本地已知的前導(dǎo)序列的互相關(guān)值，找尋每個(gè)碼片的起始位置，同理可以根據(jù)接收序列與同步字的互相關(guān)值，找到數(shù)據(jù)幀的起始位置。
[0007]在傳感網(wǎng)系統(tǒng)中，常見(jiàn)的組網(wǎng)協(xié)議有Leach、Leach-C等，當(dāng)協(xié)議處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，為節(jié)省節(jié)點(diǎn)的能量，用戶(hù)節(jié)點(diǎn)與簇節(jié)點(diǎn)(或Server)通信時(shí)一般采用TDMA的方式，每個(gè)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)在特定的時(shí)隙內(nèi)與簇節(jié)點(diǎn)(或Server)通信，如圖2所示。
[0008]假設(shè)環(huán)境中只有一個(gè)TDMA系統(tǒng)，則在該TDMA系統(tǒng)中，用戶(hù)節(jié)點(diǎn)與簇節(jié)點(diǎn)(或Server)在相對(duì)應(yīng)的時(shí)隙內(nèi)通信時(shí)，其他用戶(hù)節(jié)點(diǎn)不會(huì)對(duì)此次通信產(chǎn)生干擾，可以采用傳統(tǒng)的重復(fù)編碼的方式來(lái)提升用戶(hù)節(jié)點(diǎn)與簇節(jié)點(diǎn)(或Server)的同步性能。在實(shí)際系統(tǒng)中，不能保證在該TDMA系統(tǒng)外沒(méi)有其他用戶(hù)節(jié)點(diǎn)在傳輸數(shù)據(jù)，用戶(hù)節(jié)點(diǎn)與簇節(jié)點(diǎn)(或Server)通信時(shí)存在其他用戶(hù)節(jié)點(diǎn)的干擾。同時(shí)，若時(shí)隙較長(zhǎng)或時(shí)隙數(shù)較多時(shí)，簇節(jié)點(diǎn)(或Server)等待某個(gè)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)上報(bào)數(shù)據(jù)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，當(dāng)某個(gè)用戶(hù)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到環(huán)境異常時(shí)，該用戶(hù)節(jié)點(diǎn)希望能夠在當(dāng)前時(shí)隙(非該檢測(cè)到異常的用戶(hù)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)隙)內(nèi)上報(bào)數(shù)據(jù)給簇節(jié)點(diǎn)(或Server)，此時(shí)當(dāng)前時(shí)隙對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)也在傳輸數(shù)據(jù)，造成了用戶(hù)間干擾。當(dāng)用戶(hù)間存在干擾時(shí)，傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的增強(qiáng)同步性能的算法性能將大幅度下降。多用戶(hù)干擾模型如圖3所示。
[0009]在無(wú)線通信系統(tǒng)中，為保證傳輸質(zhì)量，對(duì)信號(hào)同步的靈敏度要求通常會(huì)遠(yuǎn)高于對(duì)數(shù)據(jù)部分的靈敏度要求。在現(xiàn)有技術(shù)中，提高信號(hào)同步靈敏度的主要方式是提高冗余度(重復(fù)編碼)。為實(shí)現(xiàn)較好的接收同步，前導(dǎo)序列通常都較長(zhǎng)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的數(shù)據(jù)短包來(lái)說(shuō)，這樣的前導(dǎo)序列會(huì)帶來(lái)很大的同步開(kāi)銷(xiāo)，降低了實(shí)際通信效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問(wèn)題在于提供一種多用戶(hù)抗干擾同步方法。
[0011]本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問(wèn)題在于提供一種多用戶(hù)抗干擾同步裝置。
[0012]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案:
[0013]—種多用戶(hù)抗干擾同步方法，所使用的幀結(jié)構(gòu)中包括前導(dǎo)序列與數(shù)據(jù)部分，其中所述前導(dǎo)序列具有自相關(guān)或互相關(guān)特性，使得在所述前導(dǎo)序列的信號(hào)幅度發(fā)生疊加的情況下可以找到同步點(diǎn)，所述前導(dǎo)序列采用幅度調(diào)制。
[0014]其中較優(yōu)地，所述前導(dǎo)序列和所述數(shù)據(jù)部分采用不同調(diào)制對(duì)象。
[0015]其中較優(yōu)地，所述前導(dǎo)序列采用On-ofT的調(diào)制方式。
[0016]其中較優(yōu)地，所述前導(dǎo)序列采用PAM的調(diào)制方式。
[0017]其中較優(yōu)地，所述數(shù)據(jù)部分采用相位調(diào)制。
[0018]—種多用戶(hù)抗干擾同步裝置，包括前導(dǎo)序列生成模塊以及組幀模塊，
[0019]所述前導(dǎo)序列生成模塊接收已知序列并且采用幅度調(diào)制方式生成前導(dǎo)序列，發(fā)送給所述組幀模塊。
[0020]其中較優(yōu)地，所述前導(dǎo)序列生成模塊采用On-ofT的調(diào)制方式生成所述前導(dǎo)序列。
[0021]其中較優(yōu)地，所述前導(dǎo)序列生成模塊采用PAM的調(diào)制方式生成所述前導(dǎo)序列。
[0022]其中較優(yōu)地，還包括數(shù)據(jù)部分生成模塊，
[0023]所述數(shù)據(jù)部分生成模塊接收信息比特并且采用相位調(diào)制方式生成數(shù)據(jù)部分，發(fā)送給所述組幀模塊。
[0024]—種多用戶(hù)抗干擾同步裝置，包括前導(dǎo)序列檢測(cè)模塊以及數(shù)據(jù)部分檢測(cè)模塊，所述前導(dǎo)序列檢測(cè)模塊利用幅度檢測(cè)獲得前導(dǎo)序列。
[0025]與傳統(tǒng)的增加冗余(重復(fù)編碼)提高同步性能的算法相比，本發(fā)明在同步性能、編碼效率、能量效率上有較大優(yōu)勢(shì)，加大了無(wú)線通信系統(tǒng)(特別是傳感網(wǎng))的傳輸距離和增強(qiáng)了抗干擾能力。本發(fā)明提高了現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)的同步性能，提高了多用戶(hù)干擾下的同步性能，增強(qiáng)了現(xiàn)有無(wú)線通信系統(tǒng)的抗干擾能力。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為Zigbee協(xié)議中信息比特與擴(kuò)頻序列映射關(guān)系圖；
[0027]圖2為T(mén)DMA通信系統(tǒng)中時(shí)隙示意圖；
[0028]圖3為多用戶(hù)干擾模型示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明提供的多用戶(hù)抗干擾同步方法的發(fā)送端流程圖；
[0030]圖5為本發(fā)明中，具有不同速率的組幀方式示意圖；
[0031]圖6為本發(fā)明中，具有不同調(diào)制階數(shù)的組幀方式示意圖；
[0032]圖7為本發(fā)明中，具有不同載波數(shù)的組幀方式示意圖；
[0033]圖8為本發(fā)明中，具有不同調(diào)制對(duì)象的組幀方式示意圖；
[0034]圖9為本發(fā)明提供的多用戶(hù)抗干擾同步方法的接收端流程圖；
[0035]圖10為第二實(shí)施例中，多用戶(hù)抗干擾同步方法的發(fā)送端流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)具體的說(shuō)明。
[0037]無(wú)線通信系統(tǒng)包括進(jìn)行信息交互的信息發(fā)送端和信息接收端，其中基站或終端可以分別作為信息發(fā)送端和信息接收端。本發(fā)明提出了一種新的前導(dǎo)序列設(shè)計(jì)方法，其根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際使用需求，設(shè)計(jì)前導(dǎo)序列，使其可以在多個(gè)維度上調(diào)整其傳輸方式，達(dá)到更好的通信效率或更好的頻譜利用率。
[0038]本發(fā)明對(duì)前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分分別采用不同的信號(hào)速率。前導(dǎo)序列部分采用低速率提高同步性能，數(shù)據(jù)部分采用高速率提高傳輸效率。例如，ZigBee的前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分的速率均為250kbps。針對(duì)現(xiàn)有的ZigBee系統(tǒng)，前導(dǎo)序列部分可以采用低速率，而數(shù)據(jù)部分仍然采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中的250kbps。由于前導(dǎo)序列部分速率較低，同步性能較好，能夠獲得比前導(dǎo)序列速率為250kbps時(shí)更好的同步性能。
[0039]本發(fā)明對(duì)前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分分別采用不同的調(diào)制階數(shù)，前導(dǎo)序列部分采用低階的調(diào)制方式，而數(shù)據(jù)部分采用高階的調(diào)制方式。低階調(diào)制能夠提高信號(hào)的同步性能，而高階調(diào)制能夠提高性能的傳輸效率。例如使前導(dǎo)序列部分采用BPSK的調(diào)制方式，而數(shù)據(jù)部分采用16QAM的調(diào)制方式。
[0040]無(wú)線通信系統(tǒng)中存在多徑，而多徑信道對(duì)同步的影響較大。為對(duì)抗多徑，本發(fā)明在前導(dǎo)序列中添加多個(gè)OFDM符號(hào)，接收端可以在頻域根據(jù)已知序列進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，找尋同步點(diǎn)。而數(shù)據(jù)部分采用使用單載波信號(hào)提高頻譜利用率。該方式增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗多徑衰弱的能力，提升了同步性能。
[0041]〈實(shí)施例一〉
[0042]本實(shí)施例中，發(fā)送端和接收端預(yù)先設(shè)置了前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分的調(diào)制方式，預(yù)先保存了用于同步的進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算的已知序列。
[0043]如圖4所示，在發(fā)送端根據(jù)預(yù)先配置的調(diào)制方式(配置I)，利用已知序列生成前導(dǎo)序列，對(duì)需要發(fā)送的信息比特根據(jù)預(yù)先配置的調(diào)制方式(配置2)進(jìn)行調(diào)制從而生成數(shù)據(jù)部分。然后，發(fā)送端將前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分進(jìn)行組幀并發(fā)送。
[0044]下面結(jié)合圖5?圖7詳細(xì)說(shuō)明前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分的不同配置I (第一配置)和配置2(第二配置)。不同的配置是指，發(fā)送端對(duì)前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分采用不同的調(diào)制方式。
[0045]圖5所示為不同速率幀結(jié)構(gòu)方案:前導(dǎo)序列采用低速率
[0046]在傳統(tǒng)的無(wú)線通信中，前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)幀擁有相同的數(shù)據(jù)率。更高的符號(hào)速率可以增強(qiáng)系統(tǒng)時(shí)域誤差的魯棒性；更低的符號(hào)速率可以增強(qiáng)系統(tǒng)頻域誤差的魯棒性。為提高系統(tǒng)的同步性能，如圖5所示，本發(fā)明提出了在前導(dǎo)序列中引入的不同調(diào)制符號(hào)速率(配置I)，根據(jù)前導(dǎo)序列同步時(shí)不同的用處，可以將利用已知序列生成的前導(dǎo)序列分成η部分，每部分采用不同的符號(hào)速率(速率1，速率2……速率η)進(jìn)行調(diào)制。數(shù)據(jù)幀的傳輸速率不改變(配置2)，與現(xiàn)有ZigBee標(biāo)準(zhǔn)相同(現(xiàn)有ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)幀的速率均為250kbps)ο
[0047]可選的，η等于I時(shí)，即前導(dǎo)序列僅米用一種速率，該速率介于250bps?250kbps之間，而數(shù)據(jù)部分仍然采用ZigBee標(biāo)準(zhǔn)中的250kbps。由于前導(dǎo)序列速率較低，同步性能較好，因此本發(fā)明能夠獲得比前導(dǎo)序列速率為250kbps時(shí)更好的同步性能。
[0048]可選的，將前導(dǎo)序列分成2部分(η = 2)時(shí)，前導(dǎo)序列采用2種不同速率，這些速率均介于250bps?250kbps之間。由于前導(dǎo)序列速率較低于數(shù)據(jù)部分速率，本發(fā)明能夠獲得比前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)部分速率相同時(shí)更好的同步性能。
[0049]圖6所示為不同調(diào)制階數(shù)幀結(jié)構(gòu)方案:前導(dǎo)序列采用低階調(diào)制
[0050]在圖6所示方案中，對(duì)前導(dǎo)序列進(jìn)行調(diào)制的配置1，是將已知序列分成多個(gè)部分，分別以調(diào)制階數(shù)1、調(diào)制階數(shù)2……調(diào)制階數(shù)η等進(jìn)行調(diào)制，生成前導(dǎo)序列的多個(gè)部分，各部分分別采用不同階的調(diào)制方式，以提高同步性能的方法。對(duì)數(shù)據(jù)部分進(jìn)行調(diào)制的配置2與現(xiàn)有ZigBee標(biāo)準(zhǔn)相同。在ZigBee系統(tǒng)中，前導(dǎo)序列和數(shù)據(jù)幀采用相同的調(diào)制方式。比如2.4GHz的ZigBee物理層采用0QPSK-DSSS的調(diào)制方式(等效為MSK)。
[0051]前導(dǎo)序列分為η部分，每部分前導(dǎo)序列采用不同的調(diào)制方式?？梢岳斫獾氖乔皩?dǎo)序列的η部分中，既可以所有的部分的調(diào)制方式均不相同，也可以有多個(gè)部分的調(diào)制方式相同。優(yōu)選的，每種調(diào)制方式的調(diào)制階數(shù)都比數(shù)據(jù)域的調(diào)制階數(shù)低。
[0052]例1，在ZigBee系統(tǒng)中，若前導(dǎo)序列僅被分成I份，即η = I。前導(dǎo)序列采用BPSK的調(diào)制方式，而數(shù)據(jù)部分采用16QAM的調(diào)制方式。
[0053]例2，在類(lèi)似Bluet