[发明专利]基于时频转换和滑动相关的超宽带通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用线性调频扩频的超宽带通信方法，尤其涉及一种采用Dechirp和滑动相关结构的超宽带通信方法。 

背景技术

2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC)批准超宽带技术进入民用领域，并对超宽带进行了重新定义，规定超宽带信号为-10dB分数带宽大于20％或-10dB绝对带宽大于500MHz的无线电信号，且在主要工作频段内的辐射功率谱密度限制在-41.3dBm/MHz以下。超宽带技术主要应用于通信系统、成像系统、雷达系统和测量系统等。自2002年至今，新技术不断涌现，出现了无载波超宽带、单载波超宽带和多载波超宽带等多种系统设计方案。超宽带通信系统常用于短距离高速无线通信，这在IEEE 802.15.3a提案和ECMA-368/369标准中已经有所体现。同时，根据IEEE 802.15.4a标准，超宽带通信系统还可应用于低成本和低功耗的工业无线通信和无线传感器网络，其对通信速率的要求不高，但需要更高的扩频增益以实现更远的通信距离。另外，在IEEE 802.15.4a标准中定义了一种使用线性调频扩频的宽带通信系统，其工作在2.4GHz至2.483GHz的ISM频段，信号带宽为22MHz，发射功率为1μW至250mW，通信速率最高为1Mbps，通信距离可超过100m。由于线性调频信号的频率随着时间的变化而线性变化，即使使用超宽带的带宽，仍然可以具有较长的码片周期，可获得极高的扩频增益，且系统设计复杂度很低，电磁兼容性能好，所以将线性调频信号应用于超宽带通信成为目前的一个研究热点。 

目前，现有的线性调频扩频超宽带通信系统普遍使用基于匹配滤波的脉冲压缩技术，一般采用直接调制或二进制正交键控调制。以直接调制为例，在发射端已调基带脉冲信号经过声表面波滤波器或直接数字频率合成器转换为上扫频或下扫频的线性调频信号，在接收端使用参数一致的下扫频或上扫频的线性调频信号进行匹配滤波脉冲压缩，将接收信号还原为基带窄脉冲信号并进行解调。这种方法虽然可以使用低成本、低功耗的声表面波器件实现，获得所需的扩频增益以避免接收信号动态范围的不足，但是由于经过匹配滤波脉冲压缩后仍为超宽带信号，需要使用大动态范围的接收机、高采样率的模数转换器件和较高的信号处理规模，所以应用于具有高扩频增益的超宽带拓展距离低速通信时仍然具有较高的实现复杂度。同时，这种方案对模拟电路的要求较高，其参数设计不灵活，且精度和 稳定性较差。 

为了获得更高的距离分辨率，在雷达系统中一般使用宽带或超宽带信号。线性调频信号由于具有较大的时间带宽积，且易于产生，便于检测，被广泛应用于雷达系统中。而为了在满足脉冲压缩性能指标的前提下尽可能降低采样速率，在一些雷达系统中采用了Dechirp脉冲压缩的方法，例如线性频率调制连续波的合成孔径雷达(LFM-CW SAR)系统。Dechirp方法又被称为宽带压缩法或时频转换法，其基本原理是采用与发射信号相同的线性调频扩频超宽带信号作为本振参考信号，与接收信号进行差拍处理，即去斜脉冲压缩，这样接收信号与本振参考信号之间的时间差就转换成不同的差频频率。而如果将这种方法应用于超宽带通信，就可以大幅度降低接收端的采样速率和信号处理规模，更好地应用于具有高扩频增益的超宽带拓展距离低速通信。 

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出了一种基于Dechirp和滑动相关的超宽带通信方法，可以大幅度降低接收端的采样速率和信号处理规模，还可以获得更高的处理增益，在超宽带拓展距离低速通信中具有较高的应用价值。 

本发明所采用的技术方案： 

一种基于Dechirp和滑动相关的超宽带通信方法，在超宽带通信系统的发射端，具体的工作步骤如下： 

A、在发送数据中插入导频序列，且在系统同步前首先发送导频序列； 

B、进行基带调制； 

C、对已调信号进行线性调频扩频，输出在可用射频频段的线性调频扩频超宽带发射信号； 

在该超宽带通信系统的接收端，在进行同步捕获时，具体的工作步骤如下： 

E、产生全“1”序列的数据，并进行基带调制； 

F、对已调信号进行线性调频扩频，输出在可用射频频段的线性调频扩频超宽带参考信号； 

G、利用线性调频扩频超宽带参考信号对接收信号进行Dechirp处理； 

H、对经过Dechirp处理后的信号进行低通滤波，并采用滑动相关的方法，利用发送的导频序列完成对接收信号的同步，得出时延调整量； 

在该超宽带通信系统的接收端，在进行数据接收时，具体的工作步骤如下：