亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于MIMOUWB通信系統(tǒng)AOA估計(jì)的算法仿真優(yōu)化研究

        2020-10-09 11:01:23張?chǎng)H沈重周暉
        軟件 2020年8期
        關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)傳輸

        張?chǎng)H 沈重 周暉

        摘 ?要: UWB技術(shù)的應(yīng)用無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外主要還是用于定位系統(tǒng)。與常規(guī)的無(wú)線通信技術(shù)相比,UWB 還具有容量大、速率高、功率低等突出優(yōu)點(diǎn),UWB信號(hào)在數(shù)據(jù)傳輸性能方面也有著很大的優(yōu)勢(shì)。本文提出了一種在UWB MIMO系統(tǒng)中結(jié)合AOA估計(jì)的方法,先對(duì)標(biāo)簽位置進(jìn)行定位,然后位置信息同其他檢測(cè)數(shù)據(jù)一起打包發(fā)送到基站,有利于實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中還能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位的功能。采用MIMO技術(shù)對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可以提高頻譜效率,改善系統(tǒng)性能,AOA估計(jì)方面利用多天線可以實(shí)現(xiàn)精確的定位精度。

        關(guān)鍵詞: UWB;AOA估計(jì);MIMO技術(shù);數(shù)據(jù)傳輸

        中圖分類號(hào): TN911.23 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A ? ?DOI:10.3969/j.issn.1003-6970.2020.08.055

        本文著錄格式:張?chǎng)H,沈重,周暉. 基于MIMO UWB通信系統(tǒng)AOA估計(jì)的算法仿真優(yōu)化研究[J]. 軟件,2020,41(08):205-208+216

        【Abstract】: The application of UWB technology is mainly used in positioning system both at home and abroad. Compared with conventional wireless communication technology, UWB also has outstanding advantages such as large capacity, high speed and low power, and UWB signal also has great advantages in data transmission performance. In this paper, a method of combining AOA estimation in UWB MIMO system is proposed, which first locates the location of the tag, and then the location information is packaged and sent to the base station together with other detection data, which is beneficial to realize the function of real-time accurate positioning of the location of data transmission in the process of data transmission. The use of MIMO technology for the system can improve the spectrum efficiency and improve the system performance. In the aspect of AOA estimation, multiple antennas can be used to achieve accurate positioning accuracy.

        【Key words】: UWB; AOA estimation; MIMO technology; Data transmission

        0 ?引言

        目前,UWB技術(shù)被普遍用在室內(nèi)定位系統(tǒng)中,用它傳輸數(shù)據(jù)的研究相對(duì)較少。與常規(guī)的無(wú)線技術(shù)相比,UWB通信技術(shù)最大的特點(diǎn)是帶寬很寬、速率快、抗干擾性強(qiáng),相對(duì)于窄帶或?qū)拵盘?hào),它可以提供比窄帶或?qū)拵盘?hào)更豐富的信息,在數(shù)據(jù)傳輸性能方面也有著很大的優(yōu)勢(shì),是室內(nèi)通信系統(tǒng)的良好選擇。本文提出將UWB MIMO系統(tǒng)與UWB定位技術(shù)相結(jié)合的思想,在室內(nèi)環(huán)境中系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信的同時(shí)又能獲取到其位置信息。該方法可廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療,軍事,消防,環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域,如實(shí)時(shí)檢測(cè)醫(yī)院患者的生理參數(shù),在患者未感覺(jué)到不適,但是參數(shù)異常有潛在的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的情況下,醫(yī)生可以準(zhǔn)確定位到患者的位置,及時(shí)做出響應(yīng)的預(yù)防;消防方面利用無(wú)人機(jī)、智能機(jī)器人等設(shè)備進(jìn)行自主尋找探測(cè)受困人員并準(zhǔn)確快速的進(jìn)行定位,并及對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),可方便消防人員制定高效、準(zhǔn)確的營(yíng)救方案[1-2]。

        FCC對(duì)超寬帶的發(fā)射功率作了限制規(guī)定,為了在此限制下獲得期望性能人們將MIMO技術(shù)應(yīng)用到UWB通信系統(tǒng)中,來(lái)實(shí)現(xiàn)高通信容量和頻譜利用率,同時(shí)還提高了信道的可行性,降低誤碼率。本文提出了UWB MIMO系統(tǒng)模型,研究了系統(tǒng)的傳輸方案,對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行了仿真分析,使用MUSIC算法實(shí)現(xiàn)了UWB信號(hào)的AOA估計(jì)。

        1 ?系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案

        本文研究的是搭建一個(gè)室內(nèi)定位及數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)又能獲取到位置信息。主要思想是通過(guò)UWB室內(nèi)定位技術(shù)獲取到標(biāo)簽的位置參數(shù),然后將位置參數(shù)同標(biāo)簽上的其他數(shù)據(jù)一起打包發(fā)給基站,基站再通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳到PC上位機(jī)。在定位部分使用MUSIC算法實(shí)現(xiàn)了UWB信號(hào)的AOA估計(jì),基站發(fā)出UWB信號(hào),標(biāo)簽接收到信號(hào)后進(jìn)行算法運(yùn)算得到基站相對(duì)標(biāo)簽的角度,再根據(jù)幾何關(guān)系算出標(biāo)簽相對(duì)基站的角度[3-5]。數(shù)據(jù)通信部分將MIMO技術(shù)引入到MB-OFDM UWB系統(tǒng)中搭建一個(gè)MIMO UWB系統(tǒng)模型。在MB-OFDM UWB系統(tǒng)中使用MIMO技術(shù)可以明顯提高系統(tǒng)容量和數(shù)據(jù)傳輸速率,并且在接收端使用多天線分集技術(shù)可以提高系統(tǒng)的檢測(cè)性能,彌補(bǔ)多徑帶來(lái)的損耗,提高系統(tǒng)的抗干擾性能。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

        2 ?基于MUSIC算法的AOA估計(jì)

        室內(nèi)傳播環(huán)境復(fù)雜,信號(hào)的多徑傳播帶來(lái)的影響很難對(duì)信號(hào)的到達(dá)角度(AOA)進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)。MUSIC算法是一種高分辨率特征的結(jié)構(gòu)算法,根據(jù)天線陣列形式就可以對(duì)入射信號(hào)數(shù)目、到達(dá)角度及波形的強(qiáng)度做出無(wú)偏估計(jì)得到高分辨的估計(jì)結(jié)果。

        2.1 ?MUSIC算法基本原理

        來(lái)自不同方向入射平面波的接收天線陣列結(jié)構(gòu)如圖2所示。 個(gè)信號(hào)從 個(gè)不同方向到達(dá),被一個(gè)有 個(gè)權(quán)值的 個(gè)陣元的天線接收。每個(gè)接收信號(hào) ?都含有加性、零均值、高斯噪聲。時(shí)間由第 個(gè)采樣時(shí)刻表示。

        2.2 ?算法仿真及分析

        影響基于MUSIC算法AOA估計(jì)性能的因素有信噪比、采樣數(shù)、陣元數(shù)、入射角度等。下面分別針對(duì)在不同信噪比和不同陣元天線條件下的MUSIC算法性能的比較進(jìn)行MATLAB仿真和分析。仿真參數(shù)為:兩個(gè)到達(dá)角30和60,陣元間距 ,采樣數(shù) ,圖3中真元天線個(gè)數(shù) ,a圖中噪聲方差為0.1,b圖中的噪聲方差為0.001。圖4中噪聲方差為0.1,陣元天線分別為2和4。

        比較上圖可以發(fā)現(xiàn)在基于MUSIC算法的AOA估計(jì)中,噪聲方差越小即信噪比越大時(shí)其分辨率越高,AOA估計(jì)性能越好。由圖3可以看出陣元天線數(shù)量越多,AOA估計(jì)性能越好。

        3 ?UWB MIMO通信系統(tǒng)

        UWB MIMO通信系統(tǒng)部分將MIMO技術(shù)引入到MB-OFDM UWB系統(tǒng)中搭建一個(gè)MIMO UWB系統(tǒng)模型[6-9]。MB-OFDM UWB系統(tǒng)將3.1~10.6 GHz頻段劃分成14個(gè)帶寬為528 MHz的子帶。系統(tǒng)利用很窄的時(shí)域OFDM碼傳送信號(hào), 同時(shí)通過(guò)時(shí)頻交織(TFI),的方式使得無(wú)論任何時(shí)刻只在一個(gè)子頻帶進(jìn)行傳輸,這種方法的優(yōu)勢(shì)在于,可以在小的多的寬帶上處理信息,不僅降低了設(shè)備的復(fù)雜性、功耗及成本,而且還能提高頻譜的利用率和靈活性,有助于在全球范圍內(nèi)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。在OFDM各個(gè)子載波和各發(fā)送天線間采用空頻分組編碼(SFBC)技術(shù),同時(shí)獲得空間分集和頻率分集,從而降低信道誤碼率提高可靠性。

        4.3 ?SFBC編碼技術(shù)應(yīng)用于UWB MIMO系統(tǒng)

        本文選用2×2的雙輸入雙輸出天線來(lái)實(shí)現(xiàn)SFBC編碼技術(shù)。SFBC的主要思想是在空間和頻率兩個(gè)維度上安排數(shù)據(jù)流的不同版本,可以有空間分集和頻率分集的效果。在天線1上,兩個(gè)符號(hào) 、 分別安排在兩個(gè)相鄰的子載波上,在天線2上,這兩個(gè)符號(hào)調(diào)換一下子載波的位置,把它們的另一個(gè)版本 、 分別放在這兩個(gè)子載波上。如圖7為SFBC編碼技術(shù)原理示意圖。

        本系統(tǒng)的主要應(yīng)用在室內(nèi)環(huán)境,所以選擇了傳輸距離為0~4 m的LOS環(huán)境下CM1信道和NLOS環(huán)境下的CM2信道進(jìn)行仿真比較。從仿真圖可以看出在信道信噪比相同的情況下,采用了SFBC編碼技術(shù)的MIMO UWB系統(tǒng)的誤碼率相比傳統(tǒng)的SISO UWB系統(tǒng)降低了很多。從圖9可以看出NLOS環(huán)境下多徑干擾強(qiáng),信道頻率選擇性的不斷增大,采用SFBC碼所帶來(lái)的系統(tǒng)性能的提升越來(lái)越小。誤比特率為10-2時(shí),LOS環(huán)境下系統(tǒng)性能改進(jìn)了2 dB,NLOS環(huán)境下只改進(jìn)了1.5 dB,對(duì)比兩個(gè)仿真圖雖然采用MIMO UWB系統(tǒng)整體性能有所提高,但是在復(fù)雜環(huán)境下系統(tǒng)性能還有待繼續(xù)優(yōu)化。

        5 ?總結(jié)

        本文研究了基于MIMO UWB通信系統(tǒng)AOA估計(jì)的算法仿真優(yōu)化,并將定位到的數(shù)據(jù)同其他檢測(cè)數(shù)據(jù)一起打包發(fā)送到基站,有利于實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中還能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)定位的功能。文章采用MUSIC算法實(shí)現(xiàn)了AOA估計(jì),通過(guò)仿真數(shù)據(jù)的比對(duì)分析可得出信噪比、陣元天線數(shù)量與角度分辨率、AOA估計(jì)性能成正比趨勢(shì),是AOA估計(jì)性能的優(yōu)越的重要因素。MIMO UWB通信系統(tǒng)中采用了SFBC編碼技術(shù),與傳統(tǒng)的UWB通信系統(tǒng)相比,系統(tǒng)性能有了很大的提高。系統(tǒng)還可以繼續(xù)優(yōu)化,目前定位部分只研究了角度估計(jì),下一步可將AOA與TDOA相結(jié)合來(lái)達(dá)到精準(zhǔn)定位的效果,MIMO UWB通信部分可通過(guò)增加天線陣列、優(yōu)化編碼技術(shù)等方法進(jìn)一步提高NLOS環(huán)境下的系統(tǒng)性能。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 王冬冬, 和偉. AOA估計(jì)中的MUSIC算法[J]. 信息通信, 2016(1): 82-85.

        [2] 王加敏. MIMO-UWB系統(tǒng)抗干擾性能的研究[D]. 揚(yáng)州大學(xué), 2013.

        [3] 常棟棟. MIMO-OFDM技術(shù)在鐵路移動(dòng)電視網(wǎng)中的應(yīng)用研究[D]. 蘭州交通大學(xué)2013.

        [4] 孫心螢. 基于ADS的MIMO-OFDM UWB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D]. 東華大學(xué)2011.

        [5] 楊亞楠, 夏斌, 趙磊, 等. 基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超寬帶信道環(huán)境的分類算法[J]. 2019, 39(5): 1421-1424.

        [6] 朱靜, 楊曉靜. 不同信道下的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)Simulink仿真研究系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)[J]. 2008, 20(10): 2709- 2712+2717.

        [7] 張樂(lè)玫, 羅濤. 室內(nèi)定位特征選擇算法研究[J]. 軟件, 2015, 36(1): 38-46.

        [8] 呂威. 多帶正交頻分復(fù)用超寬帶系統(tǒng)信道估計(jì)方法[D]. 哈爾濱工程大學(xué), 2011.

        [9] 胡瑜. 基于UWB通信的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究[D]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018.

        [10] 周冉, 劉金鑄, 王鵬. OFDM技術(shù)在超寬帶系統(tǒng)中的改進(jìn)應(yīng)用[J]. 科技資訊 2007, 16: 124-125.

        [11] 薛睿, 趙旦峰, 陳艷. 基于正交頻分復(fù)用技術(shù)的超寬帶通信系統(tǒng)[J]. 應(yīng)用科技, 2016, 20(10): 87-89.

        [12] 陸麗. 基于聲傳感器陣列的目標(biāo)方位估計(jì)方法[D]. 江蘇科技大學(xué), 2016.

        [13] 符博博, 田英華, 鄭娜娥. 陣列信號(hào)中信源數(shù)估計(jì)方法的研究[J]. 軟件, 2015, 36(12): 197-200.

        猜你喜歡
        數(shù)據(jù)傳輸
        具有物聯(lián)網(wǎng)功能的醫(yī)用恒溫反應(yīng)箱的研制
        具有物聯(lián)網(wǎng)功能的醫(yī)用恒溫反應(yīng)箱的研制
        基于Ad Hoc的微震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)
        短波中低速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)
        基于ZigBee 的井下探測(cè)小助手設(shè)計(jì)
        ATM技術(shù)在民航通信領(lǐng)域中的運(yùn)用
        科技資訊(2015年36期)2016-06-15 21:30:32
        GPRS DTU的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)淺析
        科技視界(2016年11期)2016-05-23 17:44:00
        北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)在數(shù)字林業(yè)的應(yīng)用
        新型高速?gòu)?fù)合數(shù)據(jù)傳輸線纜的研究與開(kāi)發(fā)
        性感的小蜜桃在线观看| 国产主播一区二区三区在线观看 | 久久成人影院精品777| 婷婷亚洲综合五月天小说| 中国女人a毛片免费全部播放| 亚洲hd高清在线一区二区| 国产aⅴ激情无码久久久无码| 在线观看免费人成视频色9| 99国产精品久久久蜜芽| 亚洲素人av在线观看| 一区二区三区四区中文字幕av | 亚洲熟女www一区二区三区| 亚洲精品自产拍在线观看| 国产三级视频在线观看视主播| 成熟的女人毛茸茸色视频| √天堂中文官网在线| 日韩精品无码久久久久久| 国产亚洲日韩AV在线播放不卡| 日本刺激视频一区二区| 亚洲一区二区三区四区五区六| 日韩AV不卡一区二区三区无码| 中文字幕一区二区三区.| 亚洲午夜精品一区二区麻豆av| 777亚洲精品乱码久久久久久| AV永久天堂网| 日本高清成人一区二区三区| 女人高潮久久久叫人喷水| 免费无码国产v片在线观看| 中文字幕有码高清| 日本一二三区免费在线| 天天综合网在线观看视频| 无码国产精品一区二区免| 亚洲天堂一区二区精品| 久久久99精品成人片| 国产又黄又大又粗的视频| 亚洲色四在线视频观看| 亚洲视频专区一区二区三区 | 日韩精品无码一区二区中文字幕 | 国产专区国产精品国产三级| 久久成人国产精品免费软件| 亚洲AV激情一区二区二三区|