UWB定位系統(tǒng)中信號同步問題的研究.pdf

1、超寬帶(Ultra- Wide Band, UWB)無線通信是一種無需載波調(diào)制采用納秒級別窄脈沖的通信技術(shù)。無需載波調(diào)制以及窄脈沖決定了UWB通信具有設(shè)備簡單,穿透能力強(qiáng),時間分辨率強(qiáng),抗多徑能力強(qiáng)的優(yōu)勢,因此定位精度極高。IEEE802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)是 IEEE提出的第一個精確測距定位的無線物理層標(biāo)準(zhǔn)。其中給出了UWB室內(nèi)定位的信道完整模型,給出了九種信道實(shí)例。標(biāo)準(zhǔn)中給定的通信協(xié)議也是UWB定位所需要遵循的標(biāo)準(zhǔn)。但是其中也有不少要解

2、決的問題,這些問題都會影響UWB室內(nèi)定位的精度,例如對于單基站定位的研究,UWB定位中適用于單基站定位的通信協(xié)議,定位系統(tǒng)中的同步的問題。
　　本論文主要針對單基站定位系統(tǒng)中單基站定位基站的設(shè)計、基站與定位標(biāo)簽之間的同步以及根據(jù)IEEE802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展或者重新設(shè)計適用于單基站的定位通信協(xié)議等問題進(jìn)行了大量的研究。在查閱了大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上設(shè)計了基于單基站的UWB高精度定位的系統(tǒng)模型;創(chuàng)新性的給出了定位通信幀的結(jié)

3、構(gòu),特別是對于同步頭和物理層協(xié)議頭的設(shè)計,給出了時間戳報文的設(shè)計結(jié)構(gòu);提出了一種基于線性回歸的雙向時鐘同步算法,對于幀和脈沖級別的信號傳播時延的同步給出理論推導(dǎo)。論文的主要內(nèi)容如下:
　　首先介紹了常見的無線定位方式、UWB的基本定義、特點(diǎn)和對應(yīng)的優(yōu)勢。闡述了 UWB系統(tǒng)中同步問題的重要意義和研究價值以及國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。
　　接著從測量時間(差)、角度、能量(幅度)的角度詳細(xì)論述了無線定位的原理。主要有基于時間的 TOA、

4、TDOA和基于角度的 AOA、以及基于能量的RSS。最后給出了定位算法中經(jīng)常使用到的最小二乘法以及加權(quán)廣義最小二乘法,并做出了詳細(xì)的推導(dǎo)。
　　為了進(jìn)行高精度的仿真,設(shè)計了一種UWB單基站定位系統(tǒng)。對系統(tǒng)的基站建設(shè)、定位標(biāo)簽設(shè)計、信道做出了詳細(xì)的論述,為接下來進(jìn)行定位同步仿真打下了基礎(chǔ)。在基站的建設(shè)中詳細(xì)論述了UWB信號的選取調(diào)制以及定位標(biāo)簽和基站都需要考慮的信號的接收問題。
　　在 IEEE802.15.4a信道通信協(xié)議的