【摘 要】
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信息传输和测距定位是无线通信系统的两个主要任务,一般分别由通信系统和测距系统独立完成。但是在许多应用场景中,要求系统能够同时完成通信任务和测距任务,如果使用两个分离的系统独立完成相应的任务会增加设备的复杂程度。所以,需要设计出可以同时完成数据传输和距离测量的无线通信系统,即通信测距复合系统(简称复合系统),有效的提高了设备的利用效率,降低系统的复杂程度和功耗。由于扩频技术具有抗干扰能力强、保密性好
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信息传输和测距定位是无线通信系统的两个主要任务,一般分别由通信系统和测距系统独立完成。但是在许多应用场景中,要求系统能够同时完成通信任务和测距任务,如果使用两个分离的系统独立完成相应的任务会增加设备的复杂程度。所以,需要设计出可以同时完成数据传输和距离测量的无线通信系统,即通信测距复合系统(简称复合系统),有效的提高了设备的利用效率,降低系统的复杂程度和功耗。由于扩频技术具有抗干扰能力强、保密性好、距离鉴别力高等优势,被广泛的应用于军事和民用通信、测距定位等领域,利用扩频技术可以同时实现通信和测距定位功能,是设计复合系统常用的技术之一。本文将扩频技术应用到通信测距复合系统的设计中,使系统同时实现信息传输和距离测量功能。主要工作如下:1)首先分析了通信测距复合系统的研究背景和研究意义,梳理了国内外有关于通信测距复合系统及相关技术的研究现状。其次分析了通信测距复合系统的工作流程,重点说明了扩频技术的原理以及扩频序列的选取方法。最后在基于信号模型的基础上,给出三种基于相关函数的时延估计算法,从而为后续算法的研究奠定理论基础。2)针对基于直接序列扩频技术的复合系统存在技术参数矛盾的问题,提出基于软扩频技术的复合系统,采用链接序列作为复合系统的扩频序列,使得复合系统能够完成通信任务以及远距离的测距任务。同时,为了提高低信噪比条件下复合系统的时延估计精度,在广义互相关(Generalized Cross Correlation,GCC)算法的基础上,提出了一种改进的广义互相关算法,该方法首先将互相关函数进行指数运算,再进行加权处理,抑制了噪声对信号的干扰,然后将经过傅里叶逆变换后的相关函数进行高次方运算,使峰值更加突出。仿真结果表明,该系统可以完成测距任务与通信任务,并且在低信噪比下具有更好的时延估计性能。3)针对基于软扩频技术的复合系统存在通信效率较低的问题,提出基于并行组合扩频(Parallel Combinatory Spread Spectrum,PCSS)技术的通信测距复合系统,采用数量较多、相关性能良好的Gold序列作为复合系统的扩频序列,采用应用较为广泛的r_组合映射算法实现数据和序列之间的映射,通过仿真说明了并行组合扩频技术应用在复合系统设计中的可行性和有效性。另外,针对基于r_组合的序列映射算法存在映射不全面的问题,提出了一种改进的r_组合序列映射算法,在发送端将待传输数据进行数据映射和扩频调制,在接收端应用改进的广义互相关算法完成数据解扩和时延估计,同时实现了信息传输和距离测量。仿真结果表明,改进的序列映射算法实现了映射的唯一性,提高了数据的映射效率,提升了系统的信息传输能力。
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