超宽带无线通信网络中多址同步方法研究

Ultrawide-Band(UWB) communication technology is the key candidate of the physical layer for the next generation wireless sensor networks(WSN). Multiple access synchronization technology is the one of supporting technologies realizing data acquisition, processing and transmission for UWBWSN. The project will make full use of research results in wireless communications and intelligent digital signal processing technologies to study multiple access synchronization methods and its performance in UWB communication systems. The project will focus on modeling the multiple access interfere, optimizing the pulse signal parameters and setting the dynamic threshold of synchronization systems through penetrating and merging some theories, methods and technologies, i.e., fuzzy control theory, optimization design and RBF neural network technology and so on. The aim is to design multiple access synchronization methods with high speed, high accuracy and high robust. WSN research is one hot spot, a revolution for information perception and acquisition, and is considered one of the most important technologies in the 21st century, and makes human life be far-reaching impact. Research results of this project have the important theoretical significance and practical value for the development of WSN and a very good application prospects in the civil and military fields. The achievements are of great strategic significance to promote China's social and economic development.

超宽带通信技术是下一代无线传感器网络物理层技术的主要候选者。多址同步是超宽带无线传感器网络实现数据采集、处理和传输的重要支撑技术之一。本项目将结合无线通信和智能数字信号处理的研究成果，研究超宽带通信系统中多址同步方法及其性能。研究重点在于渗透融合多种理论、方法和技术，包括模糊控制理论、最优化计算和RBF神经网络技术等，建立多址干扰模型，最优配置脉冲信号参数，动态设置同步系统门限值，实现具有高速率、高精度和高鲁棒性的多址接入同步方法。传感器网络是当前国际上备受关注的研究热点，是信息感知和采集的一场革命，被认为是21世纪最重要的技术之一，将对人类生活产生深远的影响。本项目研究成果对传感器网络发展具有重要的理论意义和实用价值，在民用和军事领域均有非常好的应用前景，对推动我国社会经济发展将有重大的战略意义。

超宽带（Ultra-wideband，UWB）通信系统是下一代无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）物理层技术的主要候选者之一，具有高带宽、高速率、低功耗和低成本等特点。直接序列扩频超宽带（Direct Sequence Spread Spectrum UWB，DS-UWB）系统采用脉冲无线电（Impulse Radio，IR）技术容易实现高分辨率、高精度的检测、定位和跟踪功能，最有潜力被应用于WSN中，即超宽带无线传感器网络（Ultra-wideband Wireless Sensor Network, UWBWSN）。由于UWB多址接入（Multiple Access，MA）网络覆盖面小，用户数多，多个网络覆盖区域重叠， DS-UWB信号频谱带宽大、功率小，这使得DS-UWB多址接入系统中多址干扰问题尤为突出，特别是同步过程（位于UWB接收机系统的最前端），因此，很有必要研究如何在多址干扰影响下快速而又准确地捕获UWB定时同步信号，也就是要研究多址接入同步方法，这是实现多址接入UWB无线通信网络系统的重要保证。本项目结合多种理论、方法和技术，对多址接入UWB通信系统中的同步技术进行研究，搭建了多址干扰模型，重点解决了如何确定接入用户的概率分布函数和多址干扰模型的各种参数的问题；设计了多址接入单用户同步算法，重点解决了如何实现脉冲信号参数的最优化设计以及动态调整门限值大小以适应多址干扰的动态变化过程的问题；实现了多址接入并行同步算法，重点解决了如何实现多址分离以及降低并行算法的计算量和复杂度，以便于在能量有限的节点中实现；并结合博弈论理论对无线传感器系统的性能进行了仿真分析。本项目研究初步取得了一些研究成果，发表了高水平学术论文6篇，申请了国家发明专利3项，后续本项目组将继续深入扩展和应用本课题的研究工作。这对于实现我国的UWB通信产业，加速下一代无线传感器网络系统的产业化进程都具有极其重要意义。而且，UWB无线通信网络技术是宽带无线移动通信和下一代网络系统，以及泛在传感器网络的重要组成部分，是我国“十二五”发展规划的重点子课题研究内容之一。其关键技术的突破对于提高我国科学技术自主创新能力，培育和发展战略性新兴产业，加快社会经济发展，实现全国人民的富裕安康，以及建设和谐社会都具有非常重要的战略意义。