脈衝超寬帶信號檢測中分離多徑和多址幹擾的方法
2023-10-08 21:54:14
專利名稱：脈衝超寬帶信號檢測中分離多徑和多址幹擾的方法
技術領域：
本發明涉及脈衝超寬帶通信檢測信號的處理方法，具體是脈衝超寬帶信號檢測中分離多 徑和多址千擾的方法及裝置。
背景技術：
脈衝超寬帶(IR-UWB)通信技術利用極低的發射功率提供了很高的信息通信容量。它 採用帶寬極寬的極窄脈衝序列來傳輸信息符號，由於極窄脈衝有很好的時間解析度，可以清晰的分辨各多徑分量，其中跳時調製方式，包括脈位調製(TH-PPM)和脈幅調製(TH-PAM) 成為UWB通信中的主要調製方式。在IR-UWB通信中一方面信號的形式採用極窄的、高速 密集的脈衝來調製信息；另一方面，相對於單脈衝寬度(U，超寬帶(UWB)多徑信道也 體現為極寬時延擴展和密集多徑的特點，接收信號可分辨的多徑數目甚至達到幾十條，時延 擴展達到幾十倍i;,.。在多用戶同時通信的環境中，單用戶接收機收到的信號是多用戶脈衝及 其多徑脈衝的混合，脈衝在時域上相互重疊造成檢測困難。多址檢測方法是擴頻通信中解決多址幹擾的常用信號處理方法，但存在多徑幹擾的情況 下，會產生接收信號失配的問題，甚至導致有用信號被消減。為解決多徑和多址幹擾同時存 在的問題，通常的解決方法有兩種 一是先進行信道估計，將目標信號的多徑幅度和時延估 計出來，再進行相關檢測和多址信號處理；二是做目標信號單徑分量的多址檢測，但必須加 入約束多徑相關分量的算法， 一般採用多徑擴頻碼矩陣C,，來約束。由於超寬帶信道的密集多 徑特徵造成估計的困難，導致信道估計算法過於複雜，且誤差較大；另一方面，大量的多徑 相關分量也要求約束多徑算法中的多徑碼矩陣Cfe維數很大，加重了信號處理的運算負荷。所 以直接沿用傳統擴頻通信的多址信號處理方法在IR-UWB多址系統中並不實用。
發明內容
本發明的目的是為簡化檢測信號處理算法的複雜度，而提供一種脈衝超寬帶信號檢測中 分離多徑和多址幹擾的方法及實現方法的裝置。實現本發明目的的技術方案是利用了 IR-UWB通信中脈衝信號離散的特點，通過對接收信號進行檢測抽樣，按一定規則重新組合這些取樣結果，達到分離目標檢測信號多徑分量 的目的，獲得包含多址千擾脈衝和目標檢測信號單徑脈衝的信號矢量。由於該信號矢量中， 多址幹擾脈衝與目標檢測信號的f相關性，可以直接利用在平衰落信道中高效的多用戶檢測算法實現幹擾的消除。該方法包括如下步驟1、 脈衝模擬信號處理模塊對所收到的脈衝信號進行放大、相關或非相關檢測，非相關 檢測可以是差分檢測、發送參考檢測、包絡檢波、平方律檢測，或其它能量檢測方法；輸出 檢測信號接入到信號取樣模塊和同歩/脈衝時延擴展寬度估計模塊;按照所獲得的接收信號脈 衝和符號同步時鐘，信號取樣模塊對檢測輸出的模擬波形進行取樣；2、 取樣的數據存儲在接收機單符號取樣緩衝器中，從單符號周期的起始取樣值開始， 至該符號周期後的L個取樣值作為一個符號取樣周期，該存儲器需要N + L—1個數據單元。 每檢測完成一個符號，緩衝器更新到最新收到的符號取樣值；3、 設該符號周期內多個調製脈衝的時間位置用對應的取樣位置pO、 pl、 ...pK表示。按 照估計的脈衝時延擴展寬度L，即信號，選擇器對緩衝的單符號取樣結果進行篩選，組成新 的取樣信號矢量，選擇規則是包含所有除[pO,pO+L-l]、 [pl,pl+L-l]、…[pK，pK+L-l]外的取 樣信號；在[pO,pO+L-l]、 [pl，pl+L-l]、…[pK，pK+L-l]中相同位置各提取一個取樣數據，這樣 獲得了一個新的N-(K-1)(L-1)維取樣信號矢量；4、 將以上組成的新取樣信號矢量輸入到數位訊號處理器中。由於信號矢量不包含目標 檢測信號的相關多徑分量，所以所使用的信號處理算法與平坦衰落信道中的多址信號處理算 法相同，不再需要多徑擴頻碼矩陣Qt抑制最優化算法中的相關分量；5、 通過修改[pO，pO+L-l]、 [pl， pl+L-l]、…[pK,pK+L-l]中提取取樣數據的位置，重複4 和5步驟，可輸出L個檢測結果；6、 將這L個檢測結果按Rake接收機原則進行分集合併、判決，輸出即為單符號的檢測結果；7、 重複以上過程，就實現了對連續符號IR-UWB調製信號的檢測。 用於實現上述脈衝超寬帶信號檢測中分離多徑和多址幹擾的方法的裝賈為脈衝超寬帶 IR-UWB多址通信接收機，該接收機包括相關檢測電路單元或非相關檢測電路單元、取樣和 信號處理單元，非相關檢測電路可以是包絡檢波電路、平方律電路、差分檢測電路或其他能 量檢測電路，接收機的積分器時鐘、取樣時鐘和本地偽隨機碼序列，其特徵是在脈衝超寬 帶多址通信接收機中還設置了順，連接的脈衝模擬信號處理模塊、信號取樣模塊、單符號取 樣緩衝器、選擇器、平坦衰落數位訊號處理器，同歩/脈衝時延擴展寬度估計設在支路上，分 別與脈衝模擬信號處理模塊、信號處理模塊和選擇器連接。脈衝模擬信號處理前接天線，平 坦衰落數位訊號處理器接後續處理；選擇器按照同歩/脈衝時延擴展寬度估計模塊提供的脈衝 時延擴展寬度L對單符號取樣器輸出的信號進行篩選，剝離待測信號的多徑份量，輸出信號 進行下一步處理。本發明的優點在於本發明將接收信號經過簡單的框架模塊處理後，實現了分離目標檢測信號多徑分量的目的， 獲得了包含多址幹擾脈衝和目標檢測信號單徑脈衝的信號矢量，較大簡化了檢測信號後續數 字處理的複雜度；另外緩存的單符號取樣經過選擇器中的篩選算法直接剝離待測信號的多徑 分量，該篩選算法具有簡單直觀的特點。
圖1為本發明脈衝超寬帶^號檢測中分離多徑和多址幹擾的方法的各功能模塊連接框圖。
具體實施方式
本發明目標檢測信號多徑和多址幹擾分離的方法用於脈衝超寬帶多址通信接收機，該接 收機包括相關檢測電路單元或非相關檢測電路單元，取樣和信號處理單元，非相關檢測電路 包括包絡檢波電路、平方律電路、差分電路或其他能量檢測電路，所作用的調製信號為脈衝 位置調製PPM，脈衝幅度調製OOK，脈衝信號的二進位信息符號周期為T，單符號調製信號 中脈衝個數為K，接收機積分器時鐘、取樣時鐘和本地偽隨機碼序列與接收調製信號同步或 近似同步，接收機取樣間隔為小於多徑脈衝的時延擴展寬度Tm，且接近脈衝寬度Tw，即取樣間隔Ts松Tw，有整數L"Tm/Ts， N^T/Ts。另在接收機中增設脈衝模擬信號處理模塊(A)、信號取樣模塊(B)、同步/脈衝時延擴 展寬度估計模塊(C)、單符號取樣緩衝器(D)、選擇器(E)、平坦衰落數位訊號處理器(F)， 以上這些模塊的連接框架順序是脈衝模擬信號處理模塊(A)後連接信號處理模塊(B)， 再連接單符號取樣緩衝器(D)，再連接選擇器(E)，再連接平坦衰落數位訊號處理器(F)， 同歩/脈衝時延擴展寬度估'汁(C)設在支路上，分別與脈衝模擬信號處理模塊(A)、信號處 理模塊(B)和選擇器(E)連接。脈衝模擬信號處理(A)前接天線，平坦衰落數位訊號處 理器(F)接後續數字處理，脈衝模擬信號(A)輸出信號①到信號取樣處理模塊(B)和同 步/脈衝時延擴展寬度估計模塊(C)，信號取樣模塊(B)根據同歩/脈衝時延擴展寬度估計模 塊(C)提供的時鐘同步信號④進行取樣，輸出信號②到單符號取樣緩衝器(D)，單符號取 樣緩衝器(D)輸出信號③到選擇器(E)，選擇器(E)按照同歩/脈衝時延擴展寬度估計模塊(C)提供的脈衝時延擴展寬度⑤對單符號取樣緩衝器(D)輸出的信號③進行篩選，剝離待 測信號的多徑份量，輸出信號⑥到平坦衰落數位訊號處理器(F)，平坦衰落數位訊號處理器(F)輸出信號⑦進行後續處理。下面以脈衝跳時位置調製TH-PPM超寬帶信號為例，結合附圖對本發明作進一步說明 TH-PPM是一種常用的超寬帶多址調製信號。在單符號時域周期內，通過指定一個與 用戶相關的偽隨機時隙位置來區分不同用戶的信號。但是在實際的多址系統中，由於脈衝時 延展寬和用戶密集的原因仍然會存在多路脈衝的碰撞，即多址千擾。設單符號周期有128Tw時延寬度，用戶調製脈衝數K-2，位於時隙位置pO和pl。經過 無線信道、天線和射頻處理，接收脈衝時延展寬近似為10Tw。按圖1中所示，接收信號經過脈衝模擬信號(A)放大處理，再與本地脈衝模板相關積 分輸出信號①，也可以直接將放大信號輸出為①，根據時鐘同歩信號④，信號取樣模塊(B) 中使用取樣間隔為Tw，這樣所獲得的單符號取樣值為N=128， L=10。取樣信號②送入單符 號取樣緩衝器(D)中，緩衝取樣數為N+L-1=137，該緩衝信號用矢量可表示為 [s(0),s(l)，…s(137)]。按照第(四)步選擇器規則，首先選擇首達路徑信號矢量為[s(O),s(l),.…，s(p0-l)，s(p0),s(p0+10),s(p0+l 1)，...,s(pl -l),s(p),s(pl+O),s(pl +11 )，…s( 137)]T 是119X1維列矢量。該信號矢量內可以認為已經不存在相關多徑分量，將該信號輸入 到(F)中，可以直接利用平坦衰落信道屮的高效數位訊號處理算法，例如Kalman自適應算 法進行多址檢測。其次，選擇次達路徑信號矢量為[s(O)，s(l )，... ，s(pO-1 ),s(p0+l)，s(p0+l 0),s(p0+11),…,s(pl-l),s(pl+l)，s(pl + 10)，s(pl+ll),….s(137)]T 仍然是119X1維列矢量，同樣輸出到選擇器(F)中進行相同處理。 依次類推，獲得第三路徑分量至第十路徑分量的檢測輸出。通過最大比率準則合併這十 路檢測輸il;的結果，再進行判決。
權利要求
1. 一種脈衝超寬帶信號檢測中分離多徑和多址幹擾的方法，其特徵是目標檢測信號經脈衝超寬帶多址通信接收機，對接收信號進行檢測抽樣，按一定規則重新組合這些取樣結果，實現分離目標檢測信號多徑分量，得到包含多址幹擾脈衝和目標檢測信號單徑脈衝的信號矢量。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵是該方法包括如下步驟-(1) 、 IR-UWB接收機中的脈衝模擬信號處理模塊(A)對所收到的脈衝信號進行放大， 相關或非相關檢測，輸出信號①到信號取樣模塊(B)和同歩/脈衝時延擴展寬度估計模塊(C)， 信號取樣模塊(B)按照所獲得的接收信號脈衝和符號同歩時鐘④，信號取樣模塊(B)對檢 測輸出的模擬波形①進行取樣；(2) 、從單符號周期的啟始取樣值開始至該符號周期後的L個取樣值作為一個符號取樣 周期，將這些取樣數據②存儲在接收機的單符號取樣緩衝器(D)屮，每檢測完成一個符號 單符號取樣緩衝器(D)更新到最新收到的符號取樣值，單符號取樣緩衝器(D)輸出信號③ 到選擇器(E);(3) 、選擇器(E)按照同步/脈衝時延擴展寬度估計模塊(C)提供的脈衝時延擴展寬 度L及信號⑤對爭符號取樣緩衝器輸出的信號③進行篩選剝離待測信號的多徑分量，組成新 的取樣信號矢量⑥；(4) 將以上組成的新取樣信號矢量⑥輸入到平坦衰落信號處理器(F)中，選擇器(F) 所使用的信號處理算法與平坦衰落信號的多址信號處理算法同；(5) 通過修改提取取樣數據的位置，重複步驟4、 5選擇器(F)可輸出L個檢測結果⑦；(6) 將輸出的L個檢測結果按RaKe接收機原則進行分集合併、判決、輸出，即為單符 號的檢測結果。
3、 根據權利要求1所述的方法，其特徵是重複步驟1~6即可實現對連續符號IR-UWB 調製信號的檢測。
全文摘要
本發明公開了一種脈衝超寬帶信號檢測中分離多徑和多址幹擾的方法，其主要特徵是在脈衝超寬帶接收機中由脈衝模擬信號處理，信號取樣，同步/脈衝時延擴展寬度估計，單符號取樣緩衝器，選擇器，平坦衰落數位訊號處理器模塊相連接構成的多址檢測框架，通過對接收信號進行檢測抽樣，按一定規則重新組合這些取樣結果，達到分離目標檢測信號多徑分量的目的。本發明的優點在於本發明將接收信號經過簡單的框架模塊處理後，實現了分離目標檢測信號多徑分量的目的，獲得了包含多址幹擾脈衝和目標檢測信號單徑脈衝的信號矢量，大大簡化了檢測信號後續數字處理的複雜度。
文檔編號H04B1/69GK101257323SQ20081007354
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月19日 優先權日2008年4月19日
發明者段梅梅, 霖 鄭, 黃智武 申請人:桂林電子科技大學