Zhang Xiaojuan, Liang Zhonghua, Shuai Meng, Liu Haojie, Rong Mei

(École d'ingénierie de l'information, Université Chang'an, Xi'an 710064)

Pour surmonter le problème des systèmes traditionnels parce que TR et la ligne de long délai difficile à réaliser dans la pratique, la transmission des grappes d'impulsion de référence (Communiquée référence Pulse Cluster, TRPC) Système de référence de transmission à un mode de réalisation amélioré (Communiquée de référence, TR) système, en espèces potentiel considérable des systèmes de communication à bande ultra-large (bande ultralarge, UWB) non cohérente. système TRPC utilisant initialement modulation par déplacement de phase binaire (Binary Phase Shift Keying, BPSK) schéma de modulation, bien que cette performance du système de modulation en fonction TRPC est supérieure à la façon traditionnelle de TR, mais pour satisfaire les différentes demandes en termes de coût et de la complexité exigences, il est nécessaire d'étudier davantage les performances des différents système de modulation de TRPC du système. Par conséquent, OOK, BPSKPPM trois types de schéma de modulation est BPSK et l'étude, l'analyse, la comparaison des performances du système dans le TRPC. L'analyse théorique et les résultats de simulation Matlab montrent que, lors de la mise en uvre du système de TRPC, besoin de sélectionner le schéma de modulation appropriée en fonction des besoins de la complexité, le coût et la performance BER.

Ultra large bande; grappes de transmission d'impulsions de référence; off modulation par; modulation hybride; Binary Phase Shift Keying

La technologie ultra-large bande (UltraWideBand, UWB) est un potentiel considérable pour les solutions sans fil à courte portée de communication, il a des avantages de faible coût, faible consommation d'énergie et une bonne résolution du domaine temporel [1]. Dans les systèmes UWB à faible débit binaire, les considérations de coût, faible consommation d'énergie, et une utilisation accrue de faible complexité, et le taux d'échantillonnage est moins exigeante, sans estimation de canal récepteur non cohérent [2] . Sur la base de la transmission de référence (transmis référence, TR) système UWB est une préoccupation technologie incohérente système de communication à bande ultra large.

Dans la technique classique, en référence à la transmission, afin d'éviter l'interférence inter-impulsions (InterPulse interférence, IPI), le temps nécessaire entre les impulsions de données et le retard impulsion de référence supérieur à un retard de propagation par trajets multiples maximale dans le canal, ce qui introduit longue ligne à retard . Cependant, avec des moyens technologiques actuels pour atteindre la ligne de retard analogique longue est pas pratique, cela devient un défi énorme pour atteindre le système TRUWB [3]. Afin de résoudre les problèmes des systèmes de TR de retard conventionnelle longue, Dong et al Xiaodai grappes de transmission d'impulsions de référence système (transmis référence Pulse Cluster, TRPC) [4]. En comparaison avec le signal de TR classique, un signal ayant la structure TRPC plus uniforme et compact arrangements d'impulsions. Depuis l'intervalle d'impulsion est faible, l'IIP est inévitable. Toutefois, cette structure d'agencement compact d'une impulsion à l'efficacité du captage de l'énergie du signal et les gains de performance de réduction du bruit beaucoup plus que l'interférence inter-impulsions introduites ainsi [5]. Dans le cas de la modulation de la modulation par déplacement de phase binaire (Binary Phase Shift Keying, BPSK), la performance d'erreur du système est significativement meilleure que TRPC système conventionnel TR [5]. Compte tenu du système TRPC plus largement utilisé dans divers endroits, l'efficacité énergétique souhaitée, les exigences de taux d'erreur et la complexité varient, la norme IEEE 802.15.4a [6] suggère, la modulation BPSK peut être mélangé PPM (phase binaire décalage KeyingPulse Position modulation) pour les systèmes non cohérents. [2] Les résultats de simulation montrent que la performance d'un rapport de modulation par déplacement de phase binaire sur la base TRPC système hybride modulé nettement améliorée.

Sur la base de l'analyse ci-dessus, nous basculera respectivement clavetage (On Off Keying, OOK) dans le système TRPC, BPSK, BPSK-PPM, et trois types d'expérience de simulation système de modulation de TRPC pour analyser le système d'adaptation obtenir TRPC Mode optimal de modulation différentes exigences.

Cet article présente le modèle de système de TRPC, puis les méthodes de décision de symbole discuté système TRPC basé sur les différentes méthodes de modulation, les résultats de simulation sont données différentes méthodes de modulation et des systèmes connexes d'analyse de TRPC.

1 modèle de système

TRPC est supposé que le système mono-utilisateur, le schéma de principe du système représenté sur la figure 1.

Le signal S système TRPC ~ (t) est constitué d'une impulsion, et le délai entre chaque impulsion par une des impulsions d'impulsions de référence et de données, les impulsions de référence et de données en ce qui concerne le retard en termes d'un système classique TR il est très petit, dans le processus réel peut être réalisé. Chaque intervalle de temps de répétition des impulsions de 2Td, supposons Td = Tp, à savoir, un groupe de pouls 2nF impulsions consécutives.

1.1 le signal TRPC basé sur la modulation BPSK

La norme IEEE 802.15.4a [6], la référence [4] est donnée sous la forme de système de signal TRPC:

Dans lequel, sbm (t) de formule (2), l'énergie Eb par symbole représentatif de l'émission, Nf représentant chaque symbole de la fréquence de répétition d'impulsions, Tp est la largeur d'impulsion, Ts est la durée du symbole.

Dans lequel, g (t) est l'énergie normalisée d'impulsions à bande ultralarge, bm {+ 1, -1} de symboles de données binaires par l'BPSK, Td est le retard de l'impulsion de référence et l'impulsion de données dans une trame de.

1,2 BPSKPPM fondée sur le signal modulé TRPC

Suppose que le signal S ~ 2 (t) est composé de deux impulsions consécutives, sur la base de la modulation hybride, le signal S ~ 2 (t) peut être exprimé sous la forme [2]:

Dans lequel, gl (t) = g (t-LTS); | U2L-1 | + | U2L | = 1, à savoir | U2L-1 | et | U2L | 0 ou 1, représente des données de symboles après mélange modulation. Ainsi, sur la base du signal de chaque symbole de modulation portant deux bits de mélange.

1,3 signal de modulation OOK TRPC sur la base du

Utilisation de signal de modulation OOK est très similaire à l'expression de l'expression de TRPC signal de système de modulation BPSK pour l'utilisation de signal de mode de modulation OOK S ~ 3 (t) peut être exprimée comme:

Dans un état idéal, le symbole de transmission « 1 », la forme du signal et le système forme signal TRPC basé sur la modulation BPSK de la même, lors de la transmission du symbole « 0 », le seuil de décision peut être zéro, mais en réalité, il y a du bruit , mais aussi multi-chemin, la transmission du symbole « 0 », les variables de décision est non nul. Dans cet article, la séquence de formation de façon à obtenir un seuil de décision approprié, cela résoudrait le problème des effets du bruit et multivoies.

1.4 Modèle de canal

La réponse commune au modèle de canal complexe en bande de base UWB décrit dans la norme IEEE 802.15.4a impulsion équivalent peut être exprimé sous la forme [7]:

Dans laquelle, K est le nombre total de composantes multivoie de canal, ak et k représentent coefficient complexe d'évanouissement k et le second composant à trajets multiples de retard de trajet.

2 décisions de symboles basés sur différentes méthodes de modulation

Lorsque le signal S ~ i (t) à travers le canal, le filtre passe-bas-récepteur, le signal reçu peut être exprimé par [8]:

I = 1,2,3.

2,1 décision basé sur la modulation BPSK

La variable de décision de symbole m-e peut être exprimé en [9]:

Dans lequel, T1 = Td + Tl, T2 = (2nF-1) Td + Th + Tp, Tl et Th sont le temps d'intégration au début du canal UWB et à la fin de la période transitoire. r1 (t) est le signal reçu lorsque le signal d'émission S1 (t) est le. Dans une situation idéale, si Re (D1) > 0, la décision est « 1 », et vice versa, en tant que « -1 ».

Méthode 2.2 de décision basé sur la modulation hybride

Système de décision de seuil de modulation mixte de porte TRPC employant la méthode de modulation BPSK est très similaire, parce que chaque symbole de modulation comporte le mélange bit » 2, de sorte qu'il existe deux variables de décision [2]:

Références méthode de décision [1] est d'utiliser la partie réelle des variables de décision, respectivement, deux de soustraction et d'addition, si elle est inférieure à 0, il est jugé que « 00 », et si la première est supérieure à 0, ce qui est inférieur à 0, alors la décision « 10 »; si la première est inférieure à 0, ce qui est supérieur à 0, il est jugé que « 01 », si elle est supérieure à 0, il est jugé que « 11 ». Ensuite, en fonction de mappage de type Gray, pour donner les 2 symboles de bits correspondant comprenant a.

Méthode 2.3 de décision basé sur la modulation OOK

Pour le système OOK, lorsque différents symboles transmis avec une probabilité égale, le seuil de décision optimal pour le (D32), liée à l'amplitude du signal d'entrée du récepteur. Lorsque les caractéristiques du canal changent, l'amplitude du signal d'entrée du récepteur variera en fonction des changements, ce qui entraîne seuil de décision optimal va changer aussi, afin de faciliter l'analyse, compte tenu de cet état idéal. La caractéristique de modulation OOK, le symbole de transmission « 0 », la variable de décision finale à « 0 », si la variable de décision est pas « 0 », alors symbole de décision « 1 », mais à cause du bruit, peut être utilisé la méthode de séquence d'apprentissage , seuil de décision plus efficace.

3 résultats d'analyse de performance et de simulation

Cette section analyse les performances du système de TRPC pour différentes caractéristiques de modulation et donne des résultats de simulation Matlab. Simulation basée sur le modèle de canal réel à savoir les modèles de canal IEEE 802.15.4a dans le modèle 1, les modèles 2 et 8, le modèle de canal représente la ligne forte à l'intérieur de l'environnement de vue, le modèle de canal représente environnement NLOS intérieur, les représentants modèle de canal 8 très grand retard de l'environnement NLOS. Les principaux paramètres du signal fourni référence TRPC [4] les mêmes.

3.1 Système d'analyse des performances en fonction des différentes caractéristiques de modulation

A condition de canal de référence constante, la modulation BPSK avec une forte immunité au bruit, et peut effectivement utiliser la bande de canal donné, même dans le canal à évanouissement multitrajet avoir de bons résultats [10]. Une mauvaise immunité au bruit modulation OOK, le taux d'erreur basé sur le système de modulation BPSK est inférieur au taux d'erreur binaire en fonction de la modulation OOK.

BPSK-PPM similaire modulation de la modulation par déplacement de phase quaternaire (QPSK), il a une efficacité de largeur de bande plus élevée et l'utilisation d'énergie [11], il est possible d'enregistrer efficacement des ressources de canal, et peut améliorer la capacité anti-brouillage. La constellation de carte grise peut être tirée, la distance euclidienne dans le système d'BPSKPPM TRPC est la modulation BPSK modulation à deux reprises. distance euclidienne plus grand taux d'erreur binaire du système sera moins [2]. Ainsi, le système de modulation hybride à base BPSKPPM utilisé sera inférieur au taux d'erreur binaire modulation BER BPSK.

3.2 Analyse de BER modulé différemment

La figure 2 montre le taux d'erreur de bit à la fois, respectivement, en utilisant un modèle de canal des systèmes de modulation de TRPC différent. Comme on peut le voir, lorsque le SNR (Signal to Noise Ratio, SNR) de 12 dB, la modulation et le mélange de taux d'erreur binaire est très proche du système de modulation BPSK. Lorsque le SNR augmente progressivement, le taux d'erreur dans les deux modes de modulation ont progressivement diminué en raison de la présence de bruit et les effets multitrajets du canal, de sorte que le taux d'erreur est une meilleure immunité au bruit du système diminue modulation plus hybride rapide.

Lorsque le taux d'erreur binaire BER = 1 × 10-3 lorsque, BPSK modulation système modulation OOK par rapport à l'obtention d'un gain d'environ 2,5 dB dans le. A ce moment, la modulation mixte par rapport à la modulation BPSK est obtenue d'environ 1,3 dB de gain par rapport à l'obtention d'un gain de modulation OOK d'environ 3,8 dB. Lorsque le SNR est faible, le taux d'erreur binaire BER de modulation hybride de moins que le système basé sur la modulation OOK et la modulation BPSK, et le processus d'augmentation du rapport signal sur bruit, erreur de bit taux de modulation mixte a diminué plus rapidement. Ainsi, la modulation hybride améliorer considérablement les performances BER du système.

La figure 3 montre le canal BER TRPC 2 dans le cadre du modèle, les résultats de la simulation vu de cela, lorsque le SNR < Lorsque la 17 dB, le taux d'erreur binaire du système de modulation mixte diminue la vitesse de modulation BPSK TRPC et la vitesse d'abaissement est tout à fait, mais quand SNR > Lorsque 17 dB, le taux d'erreur de modulation hybride significativement plus importante que le taux de déclin modulation BPSK. Par exemple, lorsque le SNR augmente de 12 dB 16 dB, le taux d'erreur binaire d'une différence entre les deux est à peu près inchangée; 17 dB lorsque le SNR augmente jusqu'à 20 dB lorsque la différence des deux taux d'erreur de bit est augmentée progressivement. Par conséquent, avec l'augmentation du SNR, l'avantage de la performance de mélange de modulation est plus évidente.

La figure 4 montre l'utilisation de chaque modulation BPSK-PPM, le modulateur BPSK, le taux d'erreur de modulation OOK lorsque le modèle de canal sous 8 système de TRPC. Lorsque le BER = 1 x 10-2, en utilisant la modulation BPSKPPM TRPC système de modulation BPSK obtenu gain de performance d'environ 2,1 dB et 6,7 dB environ est obtenu gain de performance de modulation OOK; modulation BPSK est le rapport de modulation OOK obtenu environ 2,6 dB de gain de performance. Ainsi, le système de modulation OOK ne convient pas aux exigences de performance d'erreur de bits précis.

Les figures comparer. 2, 3 et 4 peuvent être vus à un TEB meilleur que le canal de modèle et le modèle 8 canaux modèle à 2 canaux. Parce que le modèle de canal est un canal direct avec vue sur l'environnement intérieur, il y a moins de perte de signal lors de la transmission, le taux d'erreur binaire est faible. Lorsque le TEB = 1 × 10-4, lorsqu'on utilise la modulation BPSK ou BPSKPPM, le gain de performance que le modèle de canal selon un modèle de canal obtenu 8 respectivement, supérieur à 1,2 dB et 1,3 dB environ, les méthodes de modulation cas les performances de gain que le modèle de canal selon un modèle de canal 2 obtenu ci-dessus sont d'environ 1 dB et 1,1 dB.

Les résultats de la simulation peut être vu de ce qui précède, la performance BER beaucoup moins BPSKPPM modulation OOK et la modulation BPSK, mais à cause de la modulation OOK est très simple, pour un dispositif de faible puissance est très pratique, comme la domotique, réseaux industriels, sans fil la station de base, système de détection de la pression des pneus et le réseau de capteur de faible puissance.

Sur la base des émissions d'analyse ci-dessus, les résultats de simulation sont fondamentalement en accord avec l'analyse théorique. Si le système est pratique pour une des exigences de performance d'erreur de bits supérieure, la priorité est donnée à la modulation hybride, si une configuration simple du système, la performance d'erreur du système n'est pas critique, le choix de la structure simple, peu coûteuse et à mettre en uvre facile modulation OOK. En bref, selon les besoins d'application, compte tenu des différents schémas de modulation, afin d'améliorer l'utilisation du système.

4 Conclusion

En analysant les performances du système sous TRPC BPSK, modulation OOK et BPSK PPM mélange trois modes de modulation, les conclusions suivantes: le taux d'erreur binaire est considérablement réduite lorsque la modulation hybride utilisant BPSK PPM, mais la complexité de la structure du système, le coût élevé , bien que le taux d'erreur binaire du système de modulation BPSK est supérieure à la TRPC la modulation PPM BPSK, mais la structure est relativement simple, plus facile à mettre en uvre, mais aussi une bonne résistance à la modulation BPSK bruit blanc gaussien additif. Ainsi, le système de modulation BPSK est un schéma de TRPC de compromis. TRPC système de modulation OOK TEB, mais pas plus de deux méthodes de modulation, mais il est la méthode la plus simple modulation, le plus bas coût de mise en uvre, la méthode préférée est un modèle simple de faible puissance.

références

. [1] Miao Jian ultra-large bande (UWB) de communication sans fil [D] Xi'an: Xi'an Université des sciences et de la technologie électronique, 2004.

.. [2] Dai Yongyu, Dong Xiaodai hybride PPM BPSK pour les canaux de référence à sous-munitions systèmes d'impulsions dans UWB et 60 GHz transmises [J] IEEE Wireless Communications Letters, 2014,3 (6): 657-660.

[3] Liang Zhonghua, Dong Xiaodai, Jin Li, et al Amélioration de la grappe d'impulsion de référence transmise à faible complexité pour des communications à bande ultralarge [J] IET Commun, 2012,6 (7): 694-701 ...

[4] Dong Xiaodai, Jin Li, ORLIK P, et al performance d'un nouveau système de cluster d'impulsions de référence pour les communications UWB transmise [J] IEEE Transactions on véhiculaire Tecnhology, 2008, 57 (5): .. 3217-3224.

[5]. Zang Blanch, Liang Zhonghua Performance des systèmes de communication UWB groupe impulsion de référence transmis en utilisant des codes LDPC [C] 2015 IEEE 26 Symposium international annuel sur les personnels, l'intérieur et des communications radio mobiles (PIMRC), 2015 :. 585-589.

[6] contrôle d'accès sans fil support (MAC) et la couche physique des spécifications (PHY) pour les réseaux de personnel sans fil (WPAN) lowrate [S]. IEEE Computer Society Std. IEEE 802.15.4a2007 (Amendement à la norme IEEE 802.15.4 -2006), 2007.

. [7] Liang Zhonghua, Li Peipei, Zhang Blanch, et al Adaptive récepteurs de détection d'énergie pondérée pour les systèmes de communication NCPPMUWB [C] 2015 IEEE 9e Conférence internationale sur le traitement du signal et des systèmes de communication (ICSPCS), 20151 :. -5.

.. [8] Jin Li, Dong Xiaodai, Liang Zhonghua intégration des algorithmes de détermination d'intervalle pour la minimisation BER dans UWB transmis les systèmes de cluster d'impulsions de référence [J] IEEE Transactions on Communications sans fil, 2010,9 (8): 2408-2414.

[9] Wang Feng, Tian Zhi, SADLER B M. pondérée détection d'énergie pour la conception de récepteur ultra large bande non cohérente [J] IEEE Transactions on Communications sans fil, 2011,10 (2) :. 710-720.

. [10] Fan Changxin, théorie de la communication Cao Lina [M] Pékin: Industrie de la Défense nationale Press, 2009.

[11] M KHAN G, B SALLBERG, NORDBERG J. et al robuste pondéré récepteur non cohérent pour radio à impulsions UWB signaux PPM [J] IEEE Communications Letters, 2011,15 (6): 614-616 ...

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