专利名称：一种基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号体制系统，尤其涉及一种基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统。
背景技术：
超宽带(UWB-Ultra Wideband)技术是近年来发展起来的一种无线电技术，超宽带技术以其传输速率高、抗干扰能力强、定位精确、功耗成本低等显著优点成为室内定位和高速无线通信中的热门技术。信号体制是无线导航定位和通信系统技术体制最重要的组成部分之一，它以信号为载体，作为系统中发射机、接收机以及监控部分之间协调工作的纽带，关系到系统定位、授时和高速通信等基本功能以及定位测速授时精度、兼容和互操作性、保密性、抗干扰能力等关键性能和指标的实现。一个设计合理、性能完善的信号体制，在无线导航定位和通信系统中有着非常重要的位置。导航通信一体化有广泛的应用前景，特别是对动态系统的位置信息的回传和命中目标的能力评估；对海上渔船遇险呼叫、抢救和无光缆及无移动通讯的边远地区的通信的应用均有重大的实用价值。对室内定位系统的研究，已经有近30年的历史，总结起来，室内定位系统依赖的技术主要有超声波、红外线等。超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术以其传输速率高、发射信号功率小、信号功率谱密度低、抗多径干扰性能强等特点，将超宽带技术应用于室内定位系统中，能够使系统在标·识大小、功耗、造价、精度、实时性、通信能力以及可扩充性能等方面得到大幅度提升。美国、加拿大、英国等发达国家近年来投入了大量的人力和物力来对相关技术和产品进行研究和开发。Localizers系统是由美国AETHER WIRE&L0CAT10N开发的室内定位系统。待定位的超宽带接收机和几个参考定位的收发信机之间进行脉冲通信，通过监测信号中携带的伪随机码的时延来判断到不同参考点的距离，如果知道三个以上的参考点就可以确定未知点的三维位置，以上所介绍的系统能实现室内精确的定位，但不具备与外界通信能力。在高速无线通信方面，超宽带技术在无线通讯方面的创新性、利益性具有很大的潜力，在商业多媒体设备、家庭和个人网络方面极大地提高了一般消费者和专业人员的适应性和满意度。美国Intel公司和XtremeSpectrum公司更是早在2002年就推出了采用大规模集成电路、速率达IOOMbps以上的UWB传输链路演示系统。2003年4月Intel公司演示了多带方式的UWB系统，速率达到220Mbps，传输距离为I米；同时，新加坡资讯通信研究院的UWB实验系统更是达到了 500Mbps的速率，传输距离为4米。但这些系统只具备通信能力，而不具备定位功能。导航与通信一体化信号体制的研究可有效扩充现有系统的功能，简化系统设计，降低功耗体积，提高系统性能。因此对导航与通信一体化的研究一直是国内外学术界研发的热点。早在2000年国外就研发出了 GPS导航通信手机芯片。在国内，2006年中国科学院国家授时中心成功完成“通信导航一体化实验”，标志着我国在导航与通信一体化信号体制研究方面取得新的突破。基于超宽带的导航与通信一体化信号体制的研究在国外还没有相关报道；在国内尚属首创，许多研究还处于起步阶段。基于UWB的导航与通信一体化信号体制的研究可以填补国内在超宽带导航与定位领域一项空白。
发明内容
本发明提出一种基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统，其有效地将导航信号传递给用户，有力抵抗各种干扰，提高用户测距精度，实现精确定位和通信功能，并能与其他无线系统兼容互用是本成果所解决的主要问题。本发明是这样实现的，一种基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统，其包括四台作为基站的固定发射机、以及一台移动接收机；三台固定发射机分别布置在室内的三个角上，离室内地面垂直距离高于2米，且处于同一水平面，另外一台固定发射机在室内的另一个角上的地面上；四台固定发射机分别发射超宽带信号，移动接收机进行捕获和跟踪该超宽带信号，在该移动接收机内部进行相关、解调模块运算，最终解算出接收点的位置；该超宽带信号的传输采用基于帧的标准结构，其信号帧包括前导码和有效数据；发射的超宽带信号用下面的复数基带信号来描述:
权利要求
1.一种基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统，其特征在于:其包括四台作为基站的固定发射机、以及一台移动接收机；三台固定发射机分别布置在室内的三个角上，离室内地面垂直距离高于两米，且处于同一水平面，另外一台固定发射机在室内的另一个角上的地面上；四台固定发射机分别发射超宽带信号，移动接收机进行捕获和跟踪该超宽带信号，在该移动接收机内部进行相关、解调模块运算，最终解算出接收点的位置；该超宽带信号的传输采用基于帧的标准结构，其信号帧包括前导码和有效数据；发射的超宽带信号用下面的复数基带信号来描述
2.根据权利要求1所述的基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统，其特征在于:sn(t)满足下面的性质:当时，sn(t)=0，第η个符号的确切结构取决于它在数据包中的位置:
3.根据权利要求2所述的基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统，其特征在于:超宽带信号使用3个频带依次循环往复传输时，第I个符号在中心频率为3432MHz的频带上传输，第2个符号在中心频率为3960MHz的频带上传输，第3个符号在中心频率为4488MHz的频带上传输，如此循环往复，完成整个超宽带信号的传输。
4.根据权利要求3所述的基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统，其特征在于:假设用户在^时刻接收到基站i在ts，i时刻发射的信号，时刻接收到基站j在ts；J时刻发出的信号，其中，AtePS，Si，AtGPS；SJ, Ateps^分别表示基站1、基站」、用户User的时间与外部标准时间的偏差，则 基站i所发射信号到达用户的时间为TOA: (tu；i+AtGPS；u)-(ts；i+AtGPS；s；J)；基站j所发射信号到达用户的时间为TOA: (tu； j+ Δ tGPS；u； j) - (ts；^ Δ tGPS；s； j)； 则基站1、基站j所发射信号到达用户的时间差表示为:=UsJ-(ty
全文摘要
本发明公开了一种基于超宽带的室内导航与通信一体化信号体制系统，其包括四台固定发射机、一台移动接收机。三台固定发射机分别布置在室内的三个角上，离室内地面垂直距离高于两米，且处于同一水平面，另外一台固定发射机在室内的另一个角上的地面上。四台固定发射机分别发射超宽带信号，移动接收机进行捕获和跟踪超宽带信号，在移动接收机内部进行相关、解调模块运算，最终解算出接收点的位置。超宽带信号的传输采用基于帧的标准结构，其信号帧包括前导码和有效数据；超宽带信号用复数基带信号来描述。超宽带信号使用三个频带依次循环往复传输。本发明满足UWB高速无线通信和精密定位的需要，同时达到整合资源、功能扩展、降低功耗体积等目的。
文档编号H04B1/7163GK103248397SQ20131020249
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月28日 优先权日2013年5月28日
发明者徐劲松, 杨良勇, 邴志光, 方小伟 申请人:安徽华东光电技术研究所