[发明专利]一种基于时频联合调制的超宽带无线传感器通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体的说是涉及一种基于时频联合调制的超宽带无线传感器通信方法。

背景技术

超宽带属于一种低功耗、绿色的、辐照安全的、短距离无线通信技术。它采用短时脉冲或有载波的宽谱信号携带二进制信息，实现无线通信。相对于传统的窄带载波无线通信系统，超宽带系统具有低功率谱、低截获、低功耗、抗干扰能力强、数据传输速率高、多径分辨能力强以及能与现有无线通信系统共享频谱等优点。这些独特的技术优势使其在物联网、智能电网、智慧家庭、智能交通、医疗护理、环境监测、精细农业、航空航天、军事侦测等领域具有广阔的应用前景，并成为当前短距离无线局域网（Wireless Local Area Networks，WLAN）、低功耗无线传感器网络（WSN，Wireless Sensor Networks）、高安全性体域网（BAN，Body Area Networks）等无线通信技术的研究前沿。

调制与解调是超宽带无线通信系统中一项极为关键的核心技术，它对系统的通信性能具有决定性影响。因此，自超宽带技术提出以来，调制与解调方法一直都是超宽带系统研究中的重点，同时也是难点。目前，研究最为广泛的超宽带无线信息调制与解调方法主要有：1、脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，PPM）例如：V.Yajnanarayana,et al.Design of impulse radio UWB transmitter for short range communications using PPM signals,IEEE International Conference on Electronics,Computing and Communication Technologies(CONECCT),pp.1-4,Jan.2013；2、开关调制（On-Off Keying，OOK），例如：X.Cheng,et al.Optimal BER-Balanced Combining for Weighted Energy Detection of UWB OOK Signals,IEEE Communications Letters,vol.17,no.2,pp.353-356,Feb.2013；3、脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM），例如：J.Xu,et al.Singular Value Decomposition-Based Algorithm for Noise Suppression of TH-PAM UWB Signal in AWGN Channel,7th International Conference on Wireless Communications,Networking and Mobile Computing(WiCOM),pp.1-3,23-25,Sep.2011；4、正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Modulation,OFDM），例如：A.Khalil,et al.Spectrum sharing optimization model for multiuser linear-precoded OFDM UWB systems,Wireless Communications and Networking Conference(WCNC),pp.1467-1472,April 2012。

在上述调制方法中，PPM、PAM和OOK不需要复杂的数字调制/解调算法、电路结构简单、便于实现。因此，在超宽带技术发展初期，人们对其研究广泛。但是，这三种调制方法受限于在简易的超宽带系统中应用。这是因为它们占据非常宽的频谱资源且频谱连续分布，不易实现对频谱资源的灵活配置与管理，极易引起频谱干扰，对其他短距离窄带无线通信系统性能会造成严重影响。相比较而言，采用正交信道调制的OFDM技术，则能够利用灵活的频谱资源配置和发射功率控制等管理功能来规避频谱冲突，同时也具有较高的通信速率，是当前研究的热点。但是，由于缺乏对时域信息的利用，在实际的OFDM系统中，很难充分发挥超宽带原本具有的一些独特技术优势，诸如测距、定位、时域加密等，这些技术在WLAN、WSN以及BAN中均具有十分重要的应用。