多用户抗干扰同步方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种多用户抗干扰同步方法，同时也涉及相应的多用户抗干扰同步装置，属于无线通信技术领域。
【背景技术】
[0002]信号同步模块是无线通信系统中的基本功能模块。在接收机进入接收状态后，信号同步模块开始工作；信号同步模块通过对接收信号进行处理，判断空口接收到的信号是否是发送的数据包。
[0003]工作在2.4Ghz频段的ZigBee物理层采用IEEE802.15.4协议。ZigBee物理层每4个信息比特通过直接序列扩频(direct sequence spread spectrum:DSSS)技术映射为一个伪噪声(Pseudo-Noise:PN)序列，采用了半正弦脉冲成形的偏移四相相移键控(offsetquadrature phase shift keying:0QPSK)的调制方式，映射关系如图1所示。
[0004]ZigBee的前导序列由符号“0000”对应的32比特的码片组成.为提高同步接收灵敏度，采用了重复编码的方式，即相应的码片重复8次后发送。使用重复编码增加冗余的方式编码效率低，同时由于前导序列过长，导致通信效率低下。
[0005]通常，同步是通过对接收到的前导序列(preamble)处理得到。前导序列通常具备特殊数据结构，在接收端的信号处理需要判断接收信号中是否存在这样的数据结构，采用的方式通常有自相关和互相关两种方式。
[0006]如图1所示，由于ZigBee的前导序列为已知序列(符号“0000”对应的码片)。可以根据接收机接收信号与本地已知的前导序列的互相关值，找寻每个码片的起始位置，同理可以根据接收序列与同步字的互相关值，找到数据帧的起始位置。
[0007]在传感网系统中，常见的组网协议有Leach、Leach-C等，当协议处于稳定状态时，为节省节点的能量，用户节点与簇节点(或Server)通信时一般采用TDMA的方式，每个用户节点在特定的时隙内与簇节点(或Server)通信，如图2所示。
[0008]假设环境中只有一个TDMA系统，则在该TDMA系统中，用户节点与簇节点(或Server)在相对应的时隙内通信时，其他用户节点不会对此次通信产生干扰，可以采用传统的重复编码的方式来提升用户节点与簇节点(或Server)的同步性能。在实际系统中，不能保证在该TDMA系统外没有其他用户节点在传输数据，用户节点与簇节点(或Server)通信时存在其他用户节点的干扰。同时，若时隙较长或时隙数较多时，簇节点(或Server)等待某个用户节点上报数据的时间过长，当某个用户节点检测到环境异常时，该用户节点希望能够在当前时隙(非该检测到异常的用户节点对应的时隙)内上报数据给簇节点(或Server)，此时当前时隙对应的节点也在传输数据，造成了用户间干扰。当用户间存在干扰时，传统的点对点的增强同步性能的算法性能将大幅度下降。多用户干扰模型如图3所示。
[0009]在无线通信系统中，为保证传输质量，对信号同步的灵敏度要求通常会远高于对数据部分的灵敏度要求。在现有技术中，提高信号同步灵敏度的主要方式是提高冗余度(重复编码)。为实现较好的接收同步，前导序列通常都较长。对于物联网应用的数据短包来说，这样的前导序列会带来很大的同步开销，降低了实际通信效率。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种多用户抗干扰同步方法。
[0011]本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种多用户抗干扰同步装置。
[0012]为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案:
[0013]—种多用户抗干扰同步方法，所使用的帧结构中包括前导序列与数据部分，其中所述前导序列具有自相关或互相关特性，使得在所述前导序列的信号幅度发生叠加的情况下可以找到同步点，所述前导序列采用幅度调制。
[0014]其中较优地，所述前导序列和所述数据部分采用不同调制对象。
[0015]其中较优地，所述前导序列采用On-ofT的调制方式。
[0016]其中较优地，所述前导序列采用PAM的调制方式。
[0017]其中较优地，所述数据部分采用相位调制。
[0018]—种多用户抗干扰同步装置，包括前导序列生成模块以及组帧模块，
[0019]所述前导序列生成模块接收已知序列并且采用幅度调制方式生成前导序列，发送给所述组帧模块。
[0020]其中较优地，所述前导序列生成模块采用On-ofT的调制方式生成所述前导序列。
[0021]其中较优地，所述前导序列生成模块采用PAM的调制方式生成所述前导序列。
[0022]其中较优地，还包括数据部分生成模块，
[0023]所述数据部分生成模块接收信息比特并且采用相位调制方式生成数据部分，发送给所述组帧模块。
[0024]—种多用户抗干扰同步装置，包括前导序列检测模块以及数据部分检测模块，所述前导序列检测模块利用幅度检测获得前导序列。
[0025]与传统的增加冗余(重复编码)提高同步性能的算法相比，本发明在同步性能、编码效率、能量效率上有较大优势，加大了无线通信系统(特别是传感网)的传输距离和增强了抗干扰能力。本发明提高了现有无线通信系统的同步性能，提高了多用户干扰下的同步性能，增强了现有无线通信系统的抗干扰能力。
【附图说明】
[0026]图1为Zigbee协议中信息比特与扩频序列映射关系图；
[0027]图2为TDMA通信系统中时隙示意图；
[0028]图3为多用户干扰模型示意图；
[0029]图4为本发明提供的多用户抗干扰同步方法的发送端流程图；
[0030]图5为本发明中，具有不同速率的组帧方式示意图；
[0031]图6为本发明中，具有不同调制阶数的组帧方式示意图；
[0032]图7为本发明中，具有不同载波数的组帧方式示意图；
[0033]图8为本发明中，具有不同调制对象的组帧方式示意图；
[0034]图9为本发明提供的多用户抗干扰同步方法的接收端流程图；
[0035]图10为第二实施例中，多用户抗干扰同步方法的发送端流程图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
[0037]无线通信系统包括进行信息交互的信息发送端和信息接收端，其中基站或终端可以分别作为信息发送端和信息接收端。本发明提出了一种新的前导序列设计方法，其根据系统实际使用需求，设计前导序列，使其可以在多个维度上调整其传输方式，达到更好的通信效率或更好的频谱利用率。
[0038]本发明对前导序列和数据部分分别采用不同的信号速率。前导序列部分采用低速率提高同步性能，数据部分采用高速率提高传输效率。例如，ZigBee的前导序列和数据部分的速率均为250kbps。针对现有的ZigBee系统，前导序列部分可以采用低速率，而数据部分仍然采用ZigBee标准中的250kbps。由于前导序列部分速率较低，同步性能较好，能够获得比前导序列速率为250kbps时更好的同步性能。
[0039]本发明对前导序列和数据部分分别采用不同的调制阶数，前导序列部分采用低阶的调制方式，而数据部分采用高阶的调制方式。低阶调制能够提高信号的同步性能，而高阶调制能够提高性能的传输效率。例如使前导序列部分采用BPSK的调制方式，而数据部分采用16QAM的调制方式。
[0040]无线通信系统中存在多径，而多径信道对同步的影响较大。为对抗多径，本发明在前导序列中添加多个OFDM符号，接收端可以在频域根据已知序列进行互相关运算，找寻同步点。而数据部分采用使用单载波信号提高频谱利用率。该方式增强了系统的抗多径衰弱的能力，提升了同步性能。
[0041]〈实施例一〉
[0042]本实施例中，发送端和接收端预先设置了前导序列和数据部分的调制方式，预先保存了用于同步的进行互相关运算的已知序列。
[0043]如图4所示，在发送端根据预先配置的调制方式(配置I)，利用已知序列生成前导序列，对需要发送的信息比特根据预先配置的调制方式(配置2)进行调制从而生成数据部分。然后，发送端将前导序列和数据部分进行组帧并发送。
[0044]下面结合图5?图7详细说明前导序列和数据部分的不同配置I (第一配置)和配置2(第二配置)。不同的配置是指，发送端对前导序列和数据部分采用不同的调制方式。
[0045]图5所示为不同速率帧结构方案:前导序列采用低速率
[0046]在传统的无线通信中，前导序列和数据帧拥有相同的数据率。更高的符号速率可以增强系统时域误差的鲁棒性；更低的符号速率可以增强系统频域误差的鲁棒性。为提高系统的同步性能，如图5所示，本发明提出了在前导序列中引入的不同调制符号速率(配置I)，根据前导序列同步时不同的用处，可以将利用已知序列生成的前导序列分成η部分，每部分采用不同的符号速率(速率1，速率2……速率η)进行调制。数据帧的传输速率不改变(配置2)，与现有ZigBee标准相同(现有ZigBee标准的前导序列和数据帧的速率均为250kbps)ο
[0047]可选的，η等于I时，即前导序列仅米用一种速率，该速率介于250bps?250kbps之间，而数据部分仍然采用ZigBee标准中的250kbps。由于前导序列速率较低，同步性能较好，因此本发明能够获得比前导序列速率为250kbps时更好的同步性能。
[0048]可选的，将前导序列分成2部分(η = 2)时，前导序列采用2种不同速率，这些速率均介于250bps?250kbps之间。由于前导序列速率较低于数据部分速率，本发明能够获得比前导序列和数据部分速率相同时更好的同步性能。
[0049]图6所示为不同调制阶数帧结构方案:前导序列采用低阶调制
[0050]在图6所示方案中，对前导序列进行调制的配置1，是将已知序列分成多个部分，分别以调制阶数1、调制阶数2……调制阶数η等进行调制，生成前导序列的多个部分，各部分分别采用不同阶的调制方式，以提高同步性能的方法。对数据部分进行调制的配置2与现有ZigBee标准相同。在ZigBee系统中，前导序列和数据帧采用相同的调制方式。比如2.4GHz的ZigBee物理层采用0QPSK-DSSS的调制方式(等效为MSK)。
[0051]前导序列分为η部分，每部分前导序列采用不同的调制方式。可以理解的是前导序列的η部分中，既可以所有的部分的调制方式均不相同，也可以有多个部分的调制方式相同。优选的，每种调制方式的调制阶数都比数据域的调制阶数低。
[0052]例1，在ZigBee系统中，若前导序列仅被分成I份，即η = I。前导序列采用BPSK的调制方式，而数据部分采用16QAM的调制方式。
[0053]例2，在类似Bluet