Itra Widebandlowed от аналогово-цифрови преобразуватели с междинна скорост вземане на проба за всеки поддиапазон Скорост на Найкуист. Тази архитектура представя две важни характеристики, които позволяват гъвкава желана производителност; иg основната теория за времево-честотното представяне на сигнала, производителността по отношение на средната квадратична скорост на UWB приемниците е тяхната способност, по-висока оценка на времето на пристигане и по този начин точно класиране и локализация. Ние разглеждаме този аспект, като първо анализираме схемите за синхронизация за Uw, след което представяме времеви офален алгоритъм в честотната област, подходящи за филтърната банка b впоследствие ние описваме алгоритми за обхват и локализация въз основа на времето на пристигане, което откриване на сигнали и времемери (LNAs предоставят нискочестотни сигнали ADC се използват лентовопропускащи филтри, които имат много добро време. Цифровата секция е реализирана с хибридна архитектура, състояща се от програмируемо логическо устройство (PLD) ), за да се справят с високата съвкупност, и dgnal процесор (SP) за внедряване на алгоритми за обработка на сигнали в гъвкава и лесна за реализация и канална радиотехнология, предаваният сигнал се състои от серия от импулси с ниска енергийна честотна лента p(t), с a продължителност от порядъка на стотици пикосекунди Transmittedrum Ptral density (PSD) ограничения, определени от регулаторните органи (Общ хармонизиран европейски стандарт относно ултрашироколентовите системи за предаване, 2002 г.) Всеки символ за трансмисия, за да се постигне необходимата енергия на бит
В предавателя битовете се групират в символи за данни и се предават със скорост на символа RTe whervals На свой ред, всеки интервал на кадър се разделя на N по равно интервали от интервали на чип. Във всеки кадър intervis се намира в един от интервалите на Ne чип В случай, че модулацията на импулсна позиция от порядъка M(M-PPM) допълнителни интервали на диулация на дължина импулсна позиция и полярност, съответно във всеки интервал на кадър, с цел задоволяване на PSD маската Общ израз за форма на вълната, носеща блок от N, последователни интервали на модулация в интервала на чипа, може взето и впоследствие разделено на интервали между рамки и чипове, както в IEEE 802 15 4a Standardcntechopen
Дизайн на приемо-предавател на филтърна банка за ултрашироколентов приемник на рейк и в двата обобщени класа на проекцията на сигнала. Сложността на всеки се определя от следните фактори. Размерът на основата, който определя броя на честотата на семплиране при всеки ADCch aDc. Изискване часовникът за семплиране да е синхронизиран с получения сигнал. Тази интерпретация е полезно за сравняване на SR и RAKE таблицата, N означава броя на пробите, уловени във всеки интервал на модулация RecenBasis functiRAKE-M Bnp(t-r)l>1(=)e2m≥MB|≥B/MTаблица 2 Сравнение на UwB приемници като обобщени филтърни банки Ние сега сравнете производителността на филтърния банкер с другия преработен По отношение на производителността, може да се погледне реконструкцията MSE или BER, които са свързани с (29), По отношение на Ber се използва ieee канал модел тип 3, ограничаващ хроничен до водещият ръб на получения сигнал Настройките на приемника, използвани в теациите, са обобщени в таблица 3, която също така отчита средната квадратична грешка за всеки re-er, може да се види, че филтърната банка постига най-ниското mse, ако е показано 4 или me с 1 Таблица 3 на фиг
8 Както може да се види, BER на приемника на филтърната банка се доближава до границата на съвпадащия филтър, тъй като броят на филтрите се увеличава, и е по-нисък, отколкото за другия M>4 В симулацията беше използвана идеална базова функция с правоъгълни импулси филтър, за да има неограничен ако базовите функции не образуват ортогонална основа, допълнителният приемник O) показва обаче, че банкерът на perfoa филтъра, използващ приложими гаусови филтри, е 4Оценка и локализация. Широката честотна лента, използвана от UWB радиосистемите, осигурява две основни предимства за приложения за локализация, особено в безжични мрежи с малък обхват От една страна, разнообразието в честотния сигнал на мощността прониква и преминава през препятствията. Това позволява приложения като through-the-wntechopen
Itra WidebandNo, на ADc120 MHZFilter Bank mFilter banka me4591200Таблица 3 настройки на приемника fulationФигура 8
Осреднени криви на BER в канал тип 3 за приемника на филтърната банка, SR приемника и RAKE приемника Съответстващият филтър b поради дисперсионните свойства на различни материали От друга страна, теоретичната стойност, постижима от безпристрастен оценител) на оценителя на забавяне на времето, е обратно пропорционална на средноквадратичната честотна лента, известна също като честотна лента на Габор, дефинирана като: f2 P()IdfBRPd там pпреобразуването на Фурие на импулса средноквадратичната честотна лента, използваща модулации, чийто спектър на мощност концентрира по-голям процент RMS забрана на импулсите (по-малко от една наносекунда означава, че основният долната граница на IR-UWB оценителя на времето е драматично малка и следователно това обяснява потенциала на ntechopen
Дизайн на приемо-предавател с филтърна банка за ултрашироколентови цели с честоти на дискретизация като честота на Найкуист и по този начин Cramer-Raodeed една от най-атрактивните характеристикиUWBвъзможност за алтернативно позициониране Поради голямата си честотна лента на сигнала, UWB сигналите показват много висока времева разделителна способност Тази висока времева разделителна способност позволява приемници за разрешаване на индивидуални възли приемникът трябва да идентифицира първия пристигащ път, който е свързан с LOS разпространение. В сценарий с множество пътеки директният път може да бъде маскиран в клъстер с множество пътеки, необичайни пътища в този клъстер
Следователно системи, базирани на времето. Този раздел разглежда оценката на измерванията на времето и тяхното приложение за много широколентови сигнални системи и продължава с най-съвременните onTOA, особено внимание се обръща на приемника на филтърната банка, за да се изведе подходящи алгоритми за оценка на TOA на LOS сигнала, като се подчертават някои от основните недостатъци, свързани с архитектурата на приемника, и се аргументира за обработка на честотен домейн за оценка на TOA, особено подходяща за приемника на филтърната банка, както е показано в (Navarro Najar, 2007 ) Архитектурата на филтърната банка на приемника е много естествена и представлява DFT компонентите на добре познатите методи за спектрална оценка на higon, които могат да бъдат приложени директно към пробите на сигнала в честотния домейн, постигайки много точна оценка на времето. И накрая, позиционирането на секциите чрез конкретен подход, базиран на данни алгоритъм за сливане Тази техника е част от разработването на глобални позитиви в системите uwBation, като се има предвид, че малката информация за грешка във времето на няколко нива: превозвачHofulse радио uwb, базирано на ppm модулация синхронизация на времетоТехниката за синхронизиране към архитектурата на приемника и информацията за позицията чрез събиране на енергията на импулсите Повечето от изследванията износеното внедряване на Ir-UWB се фокусира върху некохерентен приемник, тъй като има предимството, въпреки това ще прегледаме кохерентните техники, подходящи за PPM модулирани IR-UWBgnals, за да предоставим еталон за техники с по-ниска сложност Основата carntechopen
Itra Wideband съвпадащите филтърни решения, вижте (Oh Kim, 2008; Oh et al, 2009; Wu et al 2008) и (Kimet al, 2009) Както беше представено по-рано, предимствата на кохерентното приемане включват: Първо, кохерентното приемането е важно за придобиване на рамка и обхват в сравнение с некохерентен, който може да извърши точно декодиране на обхват по време на интервалите на заглавието и полезния товар2002), предлагайки ЧИСТ (вижте (Hogbom, 1974)) базиран алгоритъм за корелация; въпреки че е постигнато, итеративното оценяване и коригиране на амплитудата води до автационно натоварващо (Wu et al, 2007) оптимизирано коригиране, което значително намалява сложността на изчисленията, като изследователите смятат, че откриват директния път директно от съвпадението, филтрирайки получения сигнал
В работата на (Chung Ha, 2003), пикът на филтрирането на съвпадението е извън местоположението на директния път, но това е многопосочен праг в (Low005) и трудности за практикуване на фазово заключени вериги (PLL) и кодово проследяване на основната лента със закъснение (DLLs) Въпреки това, поради изключително ниския работен цикъл и986) предизвикателството ни мотивира да извлечем теории за PLL, заключена верига със закъснение и вериги за проследяване на кода, за да проектираме подходящ еквивалентен синхронизиращ заключен цикъл за проследяване на ултра-къси IR-UWB импулси Синхронизация в UwB системи с мръсни шаблони (TDT) подход, приложен към PPM, беше представен в (Yang2006) Операцията за деривация на решетка и дъмп за PPM сигнали I(t: T)P2k(t; T)dt VT EO,Ts)1 )където a=b,TA е индексът на PPM модулация в (1) За да видите как (31) активира TDT, разгледайте неговия безшумен pa, където p(t; T) и p(t; T) представляват безшумните части на r(t; T) и r(t; T), съответно Pr(t) hasro поддържа горна граница от продължителността на символа t, имаме: T)=Ppk{t-△;τCntechopen
Дизайн на приемо-предавател на филтърна банка за ултрашироколентов и kkr Използването на (34), Приложение I от (Yang, 2006) показва, че когато PPM модулационният индекс удовлетворява A Tf, свободната от шум част от x(k; T)in(31) )опростява до52kEA(t0)+(52k-52k+1)EB(където сме използвали дефинициитеEA(to)=E/,P7()E首TDT осредняване без данни по отношение на произволните символи Isk, средната -квадрат на x(k; T)isE。{x2(kER-3EA(to)EB(tosy product EA(to) EB(to))anis, at the cornIn(39), ER=EA(To)+EB (to)=Ef P?(t)dt е постоянната енергия на агрегирания шаблон в приемника лентово филтриран zmbok-скорост, задържан чрез интегриране и изхвърляне на продуктите от съседни мръсни шаблони", става тук шумовият термин s(k; T) може да бъде изразен като 53 (k;T)член S(k; T) може да бъде добре апроксимиран като бял шум на Гаус с нулева средна стойност и дисперсия2≈2ERNBTsNO
Тогава средният квадрат на sampk: r) може да се намери като Esg{x2(k;)}=E2{x2(k;r}+Ex{2(k;r)}(E最-3E( 6)E()+23)ntechopen
Itra Widebandhich е уникално максимизиран, когато t =0, тоест, когато T To
След това, неподпомогнатият от данни TDT с неговия saestimator имаме fo(n-подпомогнат от данни) безпристрастен и последователен оценител в меска квадратен смисъл, както може да се види от средната стойност и на функцията на разхода(; T)F2k- 1(f; t)dt(49)2(E-3EA(0)E(60)+27)下(-3EE+)+(E最-3) Струва си да се подчертае, че основната идея зад нашия TDT оценител е че EA(to)EB(to)isconstantd по този начин не засяга операцията за избиране на пик, намираща се в TDT, подпомаган от данни, и 2)когато е =0, тогава x(k; t) допринася само за шум, ако s2k би могло да бъде проектирано така, че символите да са Следователно, обучаващата последователност за TDT с помощта на данни е проектирана да включва повтарящ се модел (1, 0); това е. Може лесно да се провери, че този модел опростява (40) След това той става ntechopen
Дизайн на приемо-предавател на филтърна банка за ултрашироколентов Забележете, че оценителят (48) разчита на три основни стъпки: корелация, аПоследователността на обучение в (48) ни позволява да разменяме реда на тези стъпки и да облекчим шумовите ефекти По-конкретно, в данните- подпомаган режим, той f С други думи, като вземем средната на квадрат вместо средната квадратична стойност, терминът (55) се елиминира. Това наблюдение ни води до получаване на резултат от алгоритъм за синхронизиране, пригоден за нашата внимателно проектирана тренировъчна последователност一嗎(Средната стойност и дисперсията на тази функция на разходите(K; T)=Ek-4EAto)EB(to)ER-4EA(to)EB(to)OnTOA като конкретна Синхронизация се разглежда като информацията за времето, необходима за модулация, докато това е свързано за идентифициране на първия пристигащ път, но по същество и двете изискват подобна техника 2003), но има силни практически ограничения поради изискването за много високи честоти на вземане на проби и сложност, въпреки че различните Ml подходи имат
появили се в литературата, които управляват значително сложността Lopez-Salcedo vazquez (2005); Yang Giannakis (2005) съществуват практически ограничения за тогавашните приложения за позициониране. Усилията са насочени към почти оптимални по-малко сложни решения, повечето от които се основават на отдалечен подход, повечето от практическите решения за оценка на TOA, открити в литературата, могат да бъдат широкообхватни блокова диаграма е показана на фиг. 9 за схема, базирана съответно на корелатор/съвпадение
Базираните на енергия оценители на TOA получиха внимание като жизнеспособна алтернатива на базираните на корелация методи (Cheong et al 2005: RabbachinPot изискват скъпи алгоритми за оценка на формата на импулса и системи за представяне на комплексност. Схемата за оценка, предложена и анализирана от Rabbachin et al, 2005) е представителна за голям клас от базиран на енергия алго за оценка на TOA-сигналът се повдига на квадрат и се интегрира във времевите интервали на алгоритъма и също е силно свързан с неговата латентност. Тези схеми също така вземат предвид допълнителна обработка за подобряване на качеството на сигнала, припокриващите се съседни прозорци се събират за период от няколко символа Местоположението на директния път се изчислява първия интервал, където енергията е отворена
Дизайнът на приемо-предавател на филтърна банка за ултрашироколентови символи може да се запише катоchi19 е амплитудата на /-тия символ и крайният предаван сигнал е показан на Фигура последователност ( b1TH кодова последователност 10, 1, 1, 0) DS кодова последователност (1, -1, 1,-11за да се разберат напълно принципите на проектиране на IR-UWB приеманеразбере разпространението на каналапредадения сигнал За да се разработи и установи модификация на традиционния модел Saleh-valenzuela (saleh valerzuela, 1987)като статистически модел на канала за UwB според този модел, сигнални пътеки, включващи няколко лъча с различно усилване (B, и индекс на рейтинг и индекс на пътя съответно във всеки клъстер. Полученият модел на бейсбенд канал се дава от uwB канала, който е характеризиран в iEEE 802 15 4a (Molisch et al 2004), където серийните типове канали са описани
Наред с други среди, типове канали 3 и 4 моделират закрита среда в конфигурации на пряка видимост (LOS) и извън линия на видимост (NLOS) Основното предизвикателство при разпространението на UwB произтича от факта, че автентичният във времето от предаваният импулс е много кратък, пътеките са разделени, запазени от приемника, което води до стотици пътища за среди за формално разпространение. Според стойностите, предоставени в (Molisch et al, 2004), Tablechannel модели 3 и 4. Първият параметър варира от 22 до 45, докато последният може да бъде до 13 ns Следователно дисперсията на канала е много предизвикателна за приемника, ботаника и по отношение на каналоидите диференциацията на пътищата в клъстери. В този модел всеки лъч е представен от неговата амплитуда (Br) и закъснение Tr, където r е индексът на пътя Тогава , основният канал h(1)=∑F6(-v)ntechopen
Itra WidebandCunnel environnentAug no, pathsI Indoor(office)NLOSOOutdoor lo29173Outdoor NLOSTable 1 Времева дисперсия на IEEE 802154a Channel Modelsof additive white gausnoise(AWGN)"(t)с вариация на получения сигнал се дава от(4)положението на канала , tmaxthan thed дори по-дълъг от символния интервал Ts, причината,за да се оценят възможностите за улавяне на енергията на получения сигналn differentroaches се приема, че Tmax TA Имайте предвид, че с това предположение интервалите In thh()Ts-btT
-hT3 Архитектура на приемник на филтърна банка Както може да се заключи от проектирането на добър приемник за UwB в разрез на uwb приемниците, както ще видим, тези червени, които осигуряват много добра производителност при традиционното теснолентово предаване, представят архитектурата на филтърната банка, която се състои в разделяне на UwB сигнал в няколко поддиапазона и скорост на движение. Тази архитектура има за цел максимална енергия на получения сигнал, като същевременно се гарантира, че представеният ден се получава чрез обобщена интерпретация на филтърна банка3 1 Преглед на ултрашироколентовите приемници, първи подход, референтен (SR) приемен сигнал с локално генериран шаблон stmp(t) и интеграция time2 Шаблонът на сигнала Stmp(f) се генерира с използвания предавател, който не е отворен
Дизайн на приемо-предавател с филтърна банка за ултрашироколентов IrFig 2 Съхранен референтен приемник, където предаваното с единици представлява символите, взети във всеки интервал на модулация, който е даден от Nsr= TAffset, който е умишлено моделиран спрямо уловената енергия, конкретни канали След аналоговия корелатор, сигналът е взети от ADC със скорост Nsr/T и работещи с променливи за вземане на решение zi и zi, съдържащи всички проби, взети на всеки съответен модулационен интервал. Накрая се получава променлива, тъй като теглата w съответстват на избелен съвпадащ филтър за приемане с GaussianAnotheron подход за получаване на разпространение спектър сигнали в среда за многопътно разпространение е RAKE приемникът, показан на фиг. 3. RAKE приемникът използва преобразователи, които се заключват при различни многопътни реплики (Zhu et al.
, 2008) Изходът на закъснението, амплитудата, фазата и формата (изкривяването) на импулсите при всяко отделно пристигане Когато броят на пръстите е Nrk спрямо броя на разрешимите пътеки, това всъщност представлява съвпадащата петорка. На практика, дадено големият брой UwB пътища, 你 релевантно въздействие върху неговата сложност
Itra WidebandkT+Fig 4 Energy Detector ReceiverrItFis 5 Transmitted Reference Receivegnal шаблон на k-тия пръст е конструиран по същия начин като предавания сигнал и*()=EEP(+-ITS-cTHTe-hT-Tknd t представлява k-тият път на разпространение с най-голяма енергияNrk ADC преобразуватели, вземащи проби със скорост на символа, докато Srersampling factoRAKE подход И в двата случая броят на пробите, взети в модулационен интервал, е критичен параметър. По-долу обсъждаме два некохерентни подхода, а именно Transmitted Reference ReceiverRAKE и SR approachesdetector (EDreceiver не корелира получения сигнал с локален шаблон Inend добавя получената енергия във всеки интервал на модулация, за да създаде променливи за решение
Фигура 4 показва основните блокове, които съставляват ed receiveCIR) За тази цел предавателят дедерира референтен импулс за всеки предаван импулс. Двата импулса са разделени на интервал, който е по-дълъг от този за откриване на сигнал. Диагностиката на функционалния блок на приемника е изобразена5 Сигналът е корелиран от забавена версия на себе си, интегрирана и след това взета на проби със скорост T За всеки интервал на модулация Не се събират проби, където Nir= 7, и след това се обработват32 Време-tКохерентният преописан в предишния раздел аналог го корелира с ограниченията на re-This върху тези структури, като например пръстите на RAKErrelation) в цифровата област, където могат да бъдат адресирани повече структури, ако е налична достатъчно изчислителна мощностvazquez et al, 2003) например) изисква вземане на проби, тогава techopen
Дизайн на приемо-предавател на филтърна банка за ултрашироколентов сигнал при скорост на Найкуист, което може да бъде много предизвикателство за сигнали с честотна лента до 10 GHz. В този раздел се разглежда алтернатива, където вземането на проби се извършва в дискретен набор от фундаменти, за да представи широк спектър от възможности riesion of signalsest Това означава, че даден сигнал s() избира набор от функции yk(r) и &k(t), така че (10), докато оригиналният сигнал е реконструиран като 5here(10) е известен като анализатор (11) е уравнение на knesynthesis. Ако 8k(f)=n(f), тогава (11) е известно като разширение на ортогонална серия f s(f), В противен случай функциите Yk(f) и &k(t) са набор от биортогонални функции със случая do(t)by(Gabor, 1946) Вместо това се разделя на сегменти с еднакъв размер и след това изпълнява преобразуването на Фурие на всеки сегмент. Резултатът предоставя локална информация, която е изцяло на всеки интервал от време tизвършване на двуизмерно вземане на проби на s( f) времевата ос е разделена на N интервали с еднакъв размер с дължина T, които представляват периода на вземане на проби във времевата област. Всеки сегмент от s(fi е означен като sn()където n индексира броя на амплитудата
Тъй като sn() е ограничен във времето сигнал, неговото преобразуване на Фурие Sn(f) може да бъде изразено като последователност от дискретни samp∑S(kB) тук B=I е интервалът на вземане на проби в честотната област Фигура 6 показва пример за двуизмерната решетка за вземане на проби Продуктът BT определя плътността на пробите, взети от разпределението време-честота на сигнала. Плътността на Найкуист, дефинирана като продуктът време-честота BT=1 набор от проби, необходими за идеалноне цялата енергия на сигнала е уловенаntechopen
Itra Widebandg 6 Пример за 2-dimenote от Sn m двумерните проби на s(f) Индексите n и m представляват съответно вземането на проби във времевата честотна област
Означавайки sn(t) като периодичен сигнал, получен чрез вземане на проби от Sn ()it fe(14) Следователно, двумерните проби могат да бъдат изразени като функция на времето, което прави синтезното уравнение на серийното разширение, реконструкцията на сигнала s(f)е дадена от()=∑∑Snm7m, като приемем, че преброеният брой честотни домейни, взети на всеки интервал, перфектна реконструкция на сигнала Ограничаването на броя на извадките на всеки интервал до краен брой M води до представяне на M-ти ред, което е дефинирана като разширяване на съкратената серия, стойността на качеството на получаване на сигнала може да бъде дадена по отношение на MSE на представянето на съкратената серия, което се дава от ∑ntechopen
Дизайн на приемо-предавател на филтърна банка за ултрашироколентов團Фигура 7 Блокова диаграма на приемник на филтърна банка. Следователно, имайки предварителни познания за честотната лента на сигнала, човек може да дефинира M, за да постигне Филтърна банка приемник Основната идея зад приемника на филтърна банка е да осигури изпълнение, което aws ни, за да получим много точно време-честотно представяне на получения UwB знак. Модулация на импулсна позиция (използва се падулация. Дължината на сигнала, предаваща блок от Np битове, е Tp=NpTs
Промененият по-нисък от интервала на модулация Шумът се приема, че е свързан с дисперсията на етапа на дискретизация на банката на филтъра чрез разделяне на входния сигнал на M пътеки и корелирането му с основната функция (18), която се извършва с или интервалът на кадулация е подреден в a вектор Уловените проби могат да бъдат изразени в честотен домейн Събраните проби feo-измерен набор от проби Използвайки (6) и (19) следва, че когато даден интервал, z() на I-тия символ и z( векторът за интервала от време, съответстващ на b,=1 Статистиките на z() и z1() са дадени chopen
Itra Widebandb=0(D)(22)rs се комбинират, за да направят променливата за вземане на решение. Дефинирането на комбинираните тегла като w2matched филтърно решение (Kay, 1998), което дефинира теглата като wI. Статистическите (24) следва, че BER за приемника на филтърната банка е даден bBE При условие, че наборът от функции ?n, m() представлява ортогонална основа и ако приемем, че векторът на шума е awgn, ковариационната матрица на шума става Io и ber е 6) Имайте предвид, че произведението zp може да бъде изразено в условия на MSE на M-ти ред repre-където Ha(/) е преобразуването на Фурие на hp(on ('pr)
Следователно, BER на банковия приемник на филтъра може също да бъде изразен по отношение на реконструкцията MSEA. На този етап е интересно да погледнем назад към приемниците SR и raKe като имплементации, изграждащи recenal след корелация с локално генериран шаблон, докато SR Receiver прилагаntechopen