论文研究-基于有源频谱压缩结构码域发送参考的Chirp超宽带捕获算法研究.pdf

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根据Chirp超宽带系统原理和思想,给出了一种基于有源频谱压缩和FFT频域检测的新捕获算法。该算法通过有源频谱压缩将Chirp信号转换成差频信号,再通过FFT进行频偏估计,结合滑动相关判决实现捕获。该捕获方法具有实现结构简单、采样速率低、便于进行通信距离的扩展等优点。理论分析和仿真结果表明了该捕获方法具有很强的实用价值。
2238 计算机应用研究 3捕获性能分析 P (17) 虚警概率P表示为当信号不存在时随机变量z超过阈值 为分析方便,假设系统完仝同步,即T0=T,从而有源频谱 的概率,具体订算如下 压缩增益为G=BT,并且只对连续信号进行原理分析,这与离 散信号的原理是一致的 PEA=n“P:(z)da=1-0 假设接收信号为 对随机变量以x=3σ进行归一化,并把阈值以η ()=xm121-m(2m(:-)+m(t-2)+n()(9) 进行归一化得到 其中:n(t)为一个加性高斯白噪声,其均值为0,双边功率谱密 P dz"=exp 度为M/2。 检测概率P表示为当有信号时随机变量z超过阈值n的 本地模板如式(3)~(4),对于有用信号由第2章分析可概率,根拼式(7)并进行变量、阈值和非中心参量归一化可得 以得到 d f(1)=、EE,2·rect(-T)/们 其中:归一化后的非中心参量为A=XG2= BNTE cxPj(2丌ft+φ) (10) 对丁噪声信号得到 (4σ),λ“是FFT的输出信噪比,即平方器的输入信噪比; n'(t)=[n(t)s, (D)]LPF +j.[n(Dso(O)LF =n,(t)+j. n'o(t (x)为零阶修正贝塞尔两数D(x)=1+∑L(x/2)/n!。 其中:n’(t)和n'a(1)分别为理想低通滤波器输出的窄带高 1)当F输出信噪比很小时,1(x)≈1+x214,则检测概 斯噪声。当B>Bm,经过有源频谱压缩和低通滤波后的输率为 出噪声近似为一个均值为0、方差为σ′=NB1p窄带高斯噪 P exp(-入"/2)(4-2入")+ 在频域变换前(即HF的输入端)的信号表达式可以写成 2xP(-(X+n)2)(4+2A+n) (20) Z1=f(t)+n'()= 2)当FFT输出信噪比很大时,0(x)≈e/~2mx,则检测概 E,E、 pj·(2m/t+d)+n't )率为 频域变换后的信号输出为 Pp=1-∞xp(-x"/2)/+入 Z=F,(-FTn'(1)]=(2,+)+(2n,+n,) 其中,FT·]表示频域变换 其中,Q(x)定义为 分析时刻t时/频域变换后的信号分布情况 Q(x)=(2exp(-2/2)/2md (22) 后,幅度在频域上的投影是正向累加的,并且带宽由B压缩到确定检测概部和输出功率信噪比入=Mσ2,就可以 中的有用信号(1)t=.是一个基频信号,经过FF成像之所以,只要给定 1/内,其幅度增加的倍数即频域脉冲压缩的增益G=B=4Chip-UwB系统捕获性能仿真分析 BNT,其中T=1/,为采样率,N表示FFT的点数。噪声信 号n(t)给过FFT后仍然服从高斯分布,均值为0、方差为r2= 木文利用 MATLAB仿真环境,针对AWGN条件下的 No NBipr N Chip- COTR-UWB系统进行捕获仿真。图4给出了A=5、8、 检测端把FF后的输出实部与虚部信号平方后相加,将10.12、15B虚警概率P和检测概率P的关系曲线。这些 得到频域输岀复信号的模值平方作为判决变量: 曲线通过式(18)(19)计算得到。显然,对于一定的P、P3随 (12) 着λ即FFT输出信噪比的增加而增加 可以知道对于给定d′=(2mt+b),Z=(Z,+Zm)2和 图5给出了去除扩频增益之后的捕玞概率的理论计算值 Z=(2n,+2o)都是非中心 Chi-Square分布,非中心参量和实际仿真值的比较。具体的仿真条件如下:符号速率R 分别为 100Kis即扫频周期为T=10μs,模拟低通滤波器带宽Bur A,=21=BNT.E,A,Cm=(2可+)(13)分别为10和50Mz,线性扫频带宽B=500MHz,采样率 入=Z BNTE,E,/4·sin2(2丌ft+中) (14)200M,警概率P1=10,仿真次数为10次 所以Z是自由度为2的非中心Chi- Square分布,其非中心参 从图5中可以看出,理论计算值与实际仿真值存在一定误 量为 差,这是因为低通滤波器带宽的选择引起的。通过第3章的分 A=X+Ao=BNT& E,E, /4 (15)析也可以看出,经过有源频谱压缩和低通滤波后的输出噪声方 z'的概率密度为 差为a2=NB1P。其方差的大小由低通滤波器的带宽决定, exp ≥0 (16)最终就影响∫IT输出端信噪比。带宽越宽,FFT输出端实际 信噪比越小,达到同等性能需要的信噪比就越大,所以相对于 当信号不存在,即在所有同步搜索单元中I输出只有理论计算出来的捕获性能就越差。仿真验证了理论推导模型 噪声,Z.=0,则z是自由度为2的中心 Chi-Square分布,其概的正确性。 率密度如下: (下转第2256页) 2256 计算机应用研究 第27卷 析。这是因为前者只预留一个波长,而后者预留了更多的波 长,使得后者预留的波长在目的域边界节点到目的节点可用的3结束语 慨率相对前者要大。这时,贪婪风恪的预留方式并没体现出它 资源预留作为光络智能化的一项关键技术,是影响连接 占用过多冗余资源的劣势。 建立成功概率和连接建立时间长短的重要因素。目前,对资源 当网络负载加大时,可以看到贪婪前向预留方案的阻塞率 预留方案的研究主要集中在单域网络。而在多域网络中,由于 逐渐超过保守前向预留方案,这是由于跨域连接建立时,经过每个节点都不具有全局信息,故其资源预留将较域内资源预留 的节点和链路多,贪婪风格预留方案占用了过多的冗余资源 (一条连接只需使用其中一个波长,预留的其他波长对本连接更为复杂。 本文将域内资源预留方案扩展到多域网络中,测试并比较 来说是多余的)。这种方案虽然能提高本连接资源顶留成功了三种资源预留方案的性能。其中域间后向资源预留方案由于 的概率,却降低了其他同一时期内到达的连接请求资源预留成避免了预留冗余资源,在三种方案中具有最低的阻塞率。而随 功的概率(如两个连接请求的路由至少共用同一条链路,预留着网络负载的加大,可用资源减少,贪婪前向预留方案由于占用 波长时将加大冲突概率)。因此,在网络负载加大时,这种方了过多的冗余资源,其阻塞率会逐渐超过保守前向预留方案。 案的劣势逐渐体现出来。 参考文献 一* inter-d conservative FRF E-inter-demain greedy FRr L1 ZANG H, JUE J P, SAHASRABUDDHE L, ct al. D ic lightpath establishment in wavelength routed WDM networks[ J. IEEE Com 12 munications Magaz ine, 2001, 39(9): 100-108 [ 2] ITU-TReu G 7715/Y 1706, ArchiLeclure and requirements for rou 日容日9年 ting in the automatically switched optical networkS. 2002 [3]项鹏,王荧,多域光网络中的动态RWA算法研究[J],光通信技 术,2007,31(1):23-26 128 200 [4 LIL Q, KOK M A, CHANI N, et al. Hierarchical routing in multi- network overload/Erlarg 图4域间连接阻塞率与网络负载 domain optical networks[ J]. Computer Communications, 2006, 32 (1):122-131 对于域间后向资源预留方案,它的阻塞率在三者中最低。[5] MASSEUR J P.RFC4736, Reutilization of MPls-TE loosely routed 这是由于该方案在信令前向过程中避免了预留冗余资源。这 ISP「S1.2006 种情况下,并不会降低其他连接请求资源预留成功的概率。囚6]陈祖平,娜,肖尚德·基于N2多域A5ON仿真平台设计与实 此,其阻塞率较其他两种方案要低。 现「J.光通信技术,2009,33(2):23-28. (上接第2238页) [4 SPRINGER A, GUGLER W. A wireless spreadl-speclrum communica tion system using SAW Chirped delay lines[ J]. IEEE Trans on Mi 153.,甲 0.6 crowave Theory and Technolog ies, 2001, 49(4): 754-760 2dB 0.4 L 5 BROCATO R, HELLER E, WENDE J, et al. UWB communication u- sing SAW correlators C]//Proc of IEEE RAWCON. New York IEEE,2004:267-270. 10310 虚警概率P [61 ZHANG P, LIU H. An ultra-wideband system with Chirp spread sper- 图4AWGN不同信噪比虚警概图5AWGN下理论计算数据与 trum transmission technique[ C//Proc of the 6th International Con 率与检测柢率的关系曲 仿真数据的检测概率比较曲线 ference on ITS Telec ommunications. 2006: 294-297 5结束语 [7 LIU H. Multicode ultra-wideband scheme using Chirp waveforms[ JI Eee Journal on selected areas in munication. 2006. 24 本文提出∫一种新的基于有源频谱压缩结构的 Chirp-CO 4):885- TR-UWB的捕获算法,给出了捕获穊率和虚警概率的理论分析,[8」 ZHANG J,HUHY, ZHANG Z Y, et al. Chirp frequency- translated 通过仿真验证了该算法的可行性,为扩展距离的超宽带通信系 reference ulra-wideband ( UWB wireless colllunicaliOl systeM 统提供了一个实用的同步捕获方案。当然,该捕获方法也存在 [C//Proc of International Conference on Wireless Communications 捕获时间较长的不足,这是下一步需要改进和研究的主要方向。 Networking and Mobile Computing. 2008: 1-4 [9]刘洛琨,张剑.基于有源频谱压缩的码参考Chip超宽瞢系纨群解 参考文献 调方法,中国:2009010065002.8[P].2009 [1 7.HANG J, HU HY, LIU etal.Cade- orthogonalized transm itted-[10] PROALDS JO.数字通信M].4版,北京:电子工业出版社,2006 reference ultra- wideband(UWB) wireless communication system[11]王彦波,IR-WB同步捎获技术研究[D].浙江:浙江大学,2008 [C]/ Proc of international' Conference on wireless communications(12」王石记,脉冲超宽带信号能量牧集及捕获研究[D」.哈尔滨:哈尔 Networking and Mobile Compuling 2007: 528-532 滨工业大学,2006 2] ZHANG J,HUHY, ZHANGZ Y. Time acquisition for code- orthogo-[13」宫二玲.直序扩频通信中码元同步的快速捕获[J」.通信学报 nalized transmitted-reference ultra-wideband UWB) wirele mmu 2003,24(11):34-39 nication system[CJ// Proc of IEEE International Workshop on Radio-「14 I RICHARDS M A.雷达信号处理基础「M].邢孟道,王形,李真芳 Frequeney Integration Technology. 2007: 50-53 等译.北京:电子工业出版社,2008:14 「3] WINKLER M. Chirp signals for communications「Jl.lEE[15]赵淑清,郑薇.随机信号分析[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学凵版 WESCON Convention Record, 1962, 14(2) 社,1999

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