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宽带多径和AoA测量

来源:长号 时间:2022/8/9

符号速率和多径干扰的关系

LocationLocationandLocation圣经博物馆的UWB

这篇文章里面我们提到,UWB由于脉宽非常窄,可以减少多径传输的影响。如下图,蓝色的是直射信号,灰色的是多径反射信号。

可是有同学问道:

以前老师们一直强调:信号带宽越大(符号速率越高,符号周期越短)ISI的影响越大。

可是UWB带宽很宽,有MHz,为什么现在又说它反而可以降低多径干扰呢?

要回答这个问题,首先要搞清楚带宽和符号速率的关系:带宽大,并不代表符号速率高。

以前我们讨论的都是高速通信系统,其目的是尽可能快的传输数据,所以符号是连续发送的,中间没有任何间隔。

而UWB主要应用是定位,即便也有传输数据的功能,其速率只有27Mbps,比起其MHz的带宽,其效率是极低的。就是因为中间有了很多GuardInterval。

下面我们来看看UWB的信号结构,可以看到,每个Burst之后都有很长的GuardInterval保护间隔,这块时间,就是给你多径反射过来的信号缓冲的。在这段时间即使有多径反射、折射、衍射过来的信号,其幅度远小于直射信号,因此可以忽略。这里是牺牲速率,换得抗干扰。

背景知识-符号间干扰

我们在讲数字信号传输的时候说过,由于多径传播是客观事实,无法避免,多径引起的接收端符号扩展,会影响到下面的符号,从而产生符号间干扰Inter-SymbolInterference(ISI又称码间干扰)。多径传播体现在频域上,就是频率选择性衰落(FrequencySelectiveFading)。

OFDM如何解决多径干扰

所以到了4G时代,我们引入了OFDM,把高速的数据流分成很多(几百甚至上千)个子载波,这样符号周期就变长了,符号间干扰的影响就变小了。

4G、5G和WiFi等标准还引入了CP-CyclicPrefix循环前缀,进一步减小码间干扰的影响。

在频域上的理解如下图,由于客观存在的多径衰落,以5G信号为例,在MHz的带宽内,信道的频率选择性衰落很大,但是由于每个子载波只有30KHz,这30KHz内的频响很小,几乎可以认为是平坦的。所以OFDM天生抗多径衰落。

iPhone如何测试AirTag的方向

LocationLocationandLocation圣经博物馆的UWB

这篇文章提到,在不组网的情况下,只能测距和测向,测向貌似只能用PDoA方法。

蓝牙协议里为了测试Δφ,定义了CTE,在这里发射CW信号(CW的相位是恒定的),并且定义了SwitchSlot用于天线切换。因此可以方便地测试天线之间的相位差Δφ。

苹果手机的App可以测出AirTag的方向,貌似只能用PDoA方法,但是窄脉冲测试相位确实是一个难题,正如苹果的系统一样,这里使用什么样的信号(比如是否有像蓝牙那样的CTE专用数据包格式)都是不开放的。

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