利用瞬态峰值能量的猝发通信系统技术方案

利用瞬态峰值能量的猝发通信系统，发射机采用简化的扩展二元相移键控调制，接收机包括一接收天线，接收天线连接一模拟接收机，模拟接收机连接一模数转换器，模数转换器连接一EBPSK数字解调器，EBPSK数字解调器连接一帧处理器；模拟接收机包括一前置放大器，前置放大器连接一混频器，混频器连接一中频放大器；EBPSK数字解调器包括一数字冲击滤波器，数字冲击滤波器连接一预处理器，预处理器连接一归零码判决器，归零码判决器连接一时延计算模块，时延计算模块和预处理器均连接到一可变延时器，可变延时器连接一积分判决器，所述归零码判决器还连接一时钟发生器，时钟发生器连接到积分判决器，一频率合成器分别连接到混频器和时钟发生器。

【技术实现步骤摘要】
利用瞬态峰值能量的猝发通信系统
本专利技术属于数字通信和无线传感器网络
，具体的涉及一种利用接收信号在建立过程中的瞬态峰值能量传输短数据或小数据包的极高速猝发通信方法。
技术介绍
1、传感网与猝发通信无线传感器网络(WSN：WirelessSensorNetwork)是物联网的重要支撑，通常是由大量在空间上分布的自动装置以自组织形式构成的多跳数据通信网络，借以将监测数据传送到接收中心进行处理。WSN的节点除配备一个或多个传感器外，还装备了无线电收发信机和微控制器，尺寸和成本取决于WSN的规模及单个传感器节点的复杂度。通常这种WSN节点要靠微型电池来供电，其存活时间主要受限于电池的寿命，故节能对于延长WSN节点的使用寿命至关重要，也更符合当今追求节能减排、绿色环保的发展要求。由于无线电发射机是WSN节点中耗能的主要模块，故千方百计地缩短发射机的工作时间，可以有效地延长WSN节点的工作时限，并减少对于其它WSN节点和整个传感网络的干扰，从而提高整个无线传感器网络的容量。因此，WSN希望各节点能够在尽可能短的“猝发”时段内完成数据的传输。另外，有专家在分析了国外高频(HF)频段的侦察、干扰技术对抗干扰通信的影响后指出：窄带信号长度小于50ms就不易被截获，小于110ms就不易被定向/定位。而对甚高频/超高频(VHF/UHF)频段，信号长度还应更短。因此，抗干扰、抗截获的猝发通信最好在10ms量级内完成信息传输，这自然希望或要求在通信信号的持续瞬间有尽可能高效的调制/传输效率。2、简化的扩展二元相移键控调制1)频谱利用率与能量利用率高速增长的宽带无线业务需求对无线通信提出了越来越高的要求，直接导致了空中的无线电频率越来越拥挤，最大限度地压缩无线传输频谱具有重要的实际意义和直接的经济效益。数字通信系统的频谱利用率，可用单位频带内能够传输的数码率(以bps/Hz表示，但严格地说，应该是扣除信道编码后的信息速率或“净”码率)来考核，主要取决于把二进制数据码流调制成发送频段模拟载波时所占的频带宽度。无线通信系统的能量利用率，可直接用为达到所需技术指标或为完成给定任务功能所需的发射功率(W)来度量。但由于天线会引入额外的增益(无论是发射天线还是接收天线)且随天线的种类和形式而不同，故以接收信噪比(SNR)来考核更为合理与直接。2)综合效率指标频谱利用率和能量利用率是任何通信体制部必须面对的基本指标，但受经典的信道容量制约，二者难以两全，因此可用bps/Hz/SNR作为综合指标来更客观、更全面地评估。条件当然应该是在相同的信道条件、同样的误码率和相等的净码率下来比较。其内涵恰似追求“在单车道(带宽受限)开快车(传高码率)且尽量省油(节约发射功率)”。对于由大量传感器节点自组织而成的无线传感器网络，更是如此。因为不难想象，无论多么卓越的“交通规则”(组网协议)，也很难把一群低速费油的“老爷车”(码速低且能耗高的)组织成高效长寿的交通运输系统(传感器网络)。现有WSN节点的通信物理层，采用传统的伪随机序列直接扩频(DSSS)和经典的BPSK/QPSK(二进制/四进制相移键控)调制，尽管技术上早已成熟，理论上功率效率最高，但由于频谱效率低下，因而在同样的频谱带宽内数据速率低，用于WSN这种需要短数据较频繁突发性传输的场合，就会导致通信“握手”慢(至少需30ms)、数据传输慢(只有250kbps)、且系统容量低(每个接入点所能接纳的WSN节点数远低于协议标称值)，这就需要节点的发射机和接收机更长时间地开机，由此反而导致了能耗增加，因为在WSN节点各功能模块中，发射机是耗能的“大户”。3)扩展的二元相移键控调制在专利技术专利“统一的二元正交偏移键控调制和解调方法”(专利号：ZL200710025203.6)中，定义了一类扩展的二元相移键控(EBPSK：ExtendedBinaryPhaseShiftKeying)调制：s0(t)＝Asinωct，0≤t＜Ts1(t)=Bsin(ωct+θ),0≤tτ,0≤θ≤πAsinωct,0τ≤tT-(1)]]>其中，s0(t)和s1(t)分别表示码元“0”和“1”的调制波形，ωc为载波角频率；码元周期T＝2πN/ωc持续了N≥1个载波周期，“1”码元的调制时间长度τ＝2πK/ωc持续了K＜N个载波周期，K和N均为整数以保证整周期调制，而τ∶T＝K∶N可称为“调制占空比”。(1)式中载波键控的相位角度θ越小，EBPSK检测性能越差。故为了保证解调性能及实现简单，取θ＝π，由此带来的另一个好处是有利于接收机通过限幅来抗信道衰落和脉冲干扰。此时(1)式简化为s0(t)＝Asinωct，0≤t＜Ts1(t)=-Bsinωct,0≤tτAsinωct,τ≤tT-(2)]]>可见此时的EBPSK调制信号波形除在数据“1”的起始处有短时的反相及幅度A+B的跳变外，其余部是连续的正弦波。3、数字冲击滤波器(DigitalImpactingFilters)对于“0”、“1”波形差异很小的不对称调制，经典的用于对称调制波形的匹配滤波器和相关检测方法已不再最佳。为了提高对于EBPSK调制信号的解调性能，一类无限冲激响应(IIR)数字滤波器，由一对共轭零点和至少两对共轭极点构成，信号载频高于零点频率但低于所有极点频率，而零点频率与极点频率的靠近程度，至少要达到信号载频的10-3量级。由此，该滤波器通过其通带中心陡峭的陷波-选频特性，可将EBPSK调制信号在码元“1”处的信息调制(相位跳变、周期缺失或脉冲出现)转变为明显而强烈的寄生调幅冲击，输出信噪比得到显著提升，甚至可在信号被噪声完全淹没的情形下(SNR＜0)以过冲的形式突显出信号的调制信息，故称之为数字冲击滤波器或EBPSK信号数字增强器，但在码元“0”处则无相应的波形冲击，如图1所示(见“用于增强不对称二元调制信号的冲击滤波方法”，专利技术专利公开号：CN101599754)。采用单零点-3极点的冲击滤波器，其传递函数形为：(z)=b0+b1·z-1+b2·z-21-a1·z-1-a2·z-2-a3·z-3-a4·z-4-a5·z-5-a6·z-6---(3)]]>其中滤波器系数为：b0＝1，b1＝-1.618092409933249，b2＝0.99990000250000044；a1＝-4.5620074920961651，a2＝9.5862839416819483，a3＝-11.56698066110164，a4＝8.4523528839743243，a5＝-3.5467147693005732，a6＝0.6855154433139603。4、猝发传输根据前期研究，如果EBPSK接收机信噪比SNR＞0dB，则采用(2)式所定义的EBPSK调制传输码率可达通信载频的1/10。因此，若取10MHz作为载频(HF频段)或中频(VHF/UHF频段)，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用瞬态峰值能量的猝发通信系统，包括发射机和接收机，所述发射机采用简化的扩展二元相移键控调制，调制数据表达式为以下3种形式之一：1)反相调制s0(t)＝sinωct，0≤t＜Ts1(t)=-sinωct,0≤t<τsinωct,τ≤t<T,2)缺周期调制s0(t)＝sinωct，0≤t＜Ts1(t)=0,0≤t<τsinωct,τ≤t<T,3)窄脉冲调制s0(t)＝0，0≤t＜Ts1(t)=-Bsinωct,0≤t<τ0,τ≤t<T,其中，s0(t)和s1(t)分别表示码元“0”和“1”的调制波形，T为码元周期，τ为键控调制时段，ωc为调制载波的角频率；其特征在于：所述接收机包括一用于接收调制信号的接收天线(9)，所述接收天线(9)连接一模拟接收机(10)，所述模拟接收机(10)连接一模数转换器(11)，所述模数转换器(11)连接一EBPSK数字解调器(12)，所述EBPSK数字解调器(12)连接一帧处理器(8)；所述模拟接收机(10)包括一连接所述接收天线(9)的前置放大器(1001)，所述前置放大器(1001)连接一混频器(1002)，所述混频器(1002)连接一用于连接所述模数转换器(11)的中频放大器(103)，还包括一频率合成器(1004)，所述频率合成器(1004)连接所述混频器(1002)；所述EBPSK数字解调器(12)包括一用于连接所述模数转换器(11)的数字冲击滤波器(1)，所述数字冲击滤波器(1)连接一预处理器(2)，所述预处理器(2)连接一归零码判决器(3)，所述归零码判决器(3)连接一时延计算模块(4)，所述时延计算模块(4)和所述预处理器(2)均连接到一可变延时器(5)，所述可变延时器(5)连接一用于连接所述帧处理器(8)的积分判决器(6)，另外，所述归零码判决器(3)还连接一时钟发生器(7)，所述时钟发生器(7)也连接到所述积分判决器(6)，同时，所述频率合成器(1004)也连接到所述时钟发生器(7)。...

【技术特征摘要】
1.利用瞬态峰值能量的猝发通信系统，包括发射机和接收机，所述发射机采用简化的扩展二元相移键控调制，调制数据表达式为以下3种形式之一：1）反相调制s0(t)＝sinωct，0≤t＜T2）缺周期调制s0(t)＝sinωct，0≤t＜T3）窄脉冲调制s0(t)＝0，0≤t＜T其中，s0(t)和s1(t)分别表示码元“0”和“1”的调制波形，T为码元周期，τ为键控调制时段，ωc为调制载波的角频率；所述接收机包括一用于接收调制信号的接收天线(9)，所述接收天线(9)连接一模拟接收机(10)，所述模拟接收机(10)连接一模数转换器(11)，所述模数转换器(11)连接一EBPSK数字解调器(12)，所述EBPSK数字解调器(12)连接一帧处理器(8)；所述模拟接收机(10)包括一连接所述接收天线(9)的前置放大器(1001)，所述前置放大器(1001)连接一混频器(1002)，所述混频器(1002)连接一用于连接所述模数转换器(11)的中频放大器(103)，还包括一频率合成器(1004)，所述频率合成器(1004)连接所述混频器(1002)；所述EBPSK数字解调器(12)包括一用于连接所述模数转换器(11)的数字冲击滤波器(1)，所述数字冲击滤波器(1)连接一预处理器(2)，所述预处理器(2)连接一归零码判决器(3)，所述归零码判决器(3)连接一时延计算模块(4)，所述时延计算模块(4)和所述预处理器(2)均连接到一可变延时器(5)，所述可变延时器(5)连接一用于连接所述帧处理器(8)的积分判决器(6)，另外，所述归零码判决器(3)还连...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴乐南，吴金玲，
申请(专利权)人：苏州东奇信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：