專利名稱：脈沖超寬帶信號檢測中分離多徑和多址干擾的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及脈沖超寬帶通信檢測信號的處理方法，具體是脈沖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：
脈沖超寬帶(IR-UWB)通信技術利用極低的發(fā)射功率提供了很高的信息通信容量。它 采用帶寬極寬的極窄脈沖序列來傳輸信息符號，由于極窄脈沖有很好的時間分辨率，可以清晰的分辨各多徑分量，其中跳時調制方式，包括脈位調制(TH-PPM)和脈幅調制(TH-PAM) 成為UWB通信中的主要調制方式。在IR-UWB通信中一方面信號的形式采用極窄的、高速 密集的脈沖來調制信息；另一方面，相對于單脈沖寬度(U，超寬帶(UWB)多徑信道也 體現(xiàn)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(huán)境中，單用戶接收機收到的信號是多用戶脈沖及 其多徑脈沖的混合，脈沖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干擾的常用信號處理方法，但存在多徑干擾的情況 下，會產生接收信號失配的問題，甚至導致有用信號被消減。為解決多徑和多址干擾同時存 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， 一般采用多徑擴頻碼矩陣C,，來約束。由于超寬帶信道的密集多 徑特征造成估計的困難，導致信道估計算法過于復雜，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(tǒng)擴頻通信的多址信號處理方法在IR-UWB多址系統(tǒng)中并不實用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為簡化檢測信號處理算法的復雜度，而提供一種脈沖超寬帶信號檢測中 分離多徑和多址干擾的方法及實現(xiàn)方法的裝置。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是利用了 IR-UWB通信中脈沖信號離散的特點，通過對接收信號進行檢測抽樣，按一定規(guī)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沖和目標檢測信號單徑脈沖的信號矢量。由于該信號矢量中， 多址干擾脈沖與目標檢測信號的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(xiàn)干擾的消除。該方法包括如下步驟1、 脈沖模擬信號處理模塊對所收到的脈沖信號進行放大、相關或非相關檢測，非相關 檢測可以是差分檢測、發(fā)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/脈沖時延擴展寬度估計模塊;按照所獲得的接收信號脈 沖和符號同步時鐘，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沖器中，從單符號周期的起始取樣值開始， 至該符號周期后的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，緩沖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制脈沖的時間位置用對應的取樣位置pO、 pl、 ...pK表示。按 照估計的脈沖時延擴展寬度L，即信號，選擇器對緩沖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(guī)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字信號處理器中。由于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(yōu)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，重復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并、判決，輸出即為單符號的檢測結果；7、 重復以上過程，就實現(xiàn)了對連續(xù)符號IR-UWB調制信號的檢測。 用于實現(xiàn)上述脈沖超寬帶信號檢測中分離多徑和多址干擾的方法的裝賈為脈沖超寬帶 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，其特征是在脈沖超寬 帶多址通信接收機中還設置了順，連接的脈沖模擬信號處理模塊、信號取樣模塊、單符號取 樣緩沖器、選擇器、平坦衰落數字信號處理器，同歩/脈沖時延擴展寬度估計設在支路上，分 別與脈沖模擬信號處理模塊、信號處理模塊和選擇器連接。脈沖模擬信號處理前接天線，平 坦衰落數字信號處理器接后續(xù)處理；選擇器按照同歩/脈沖時延擴展寬度估計模塊提供的脈沖 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(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明將接收信號經過簡單的框架模塊處理后，實現(xiàn)了分離目標檢測信號多徑分量的目的， 獲得了包含多址干擾脈沖和目標檢測信號單徑脈沖的信號矢量，較大簡化了檢測信號后續(xù)數 字處理的復雜度；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(fā)明脈沖超寬帶^號檢測中分離多徑和多址干擾的方法的各功能模塊連接框圖。
具體實施方式
本發(fā)明目標檢測信號多徑和多址干擾分離的方法用于脈沖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，所作用的調制信號為脈沖 位置調制PPM，脈沖幅度調制OOK，脈沖信號的二進制信息符號周期為T，單符號調制信號 中脈沖個數為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制信號同步或 近似同步，接收機取樣間隔為小于多徑脈沖的時延擴展寬度Tm，且接近脈沖寬度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沖模擬信號處理模塊(A)、信號取樣模塊(B)、同步/脈沖時延擴 展寬度估計模塊(C)、單符號取樣緩沖器(D)、選擇器(E)、平坦衰落數字信號處理器(F)， 以上這些模塊的連接框架順序是脈沖模擬信號處理模塊(A)后連接信號處理模塊(B)， 再連接單符號取樣緩沖器(D)，再連接選擇器(E)，再連接平坦衰落數字信號處理器(F)， 同歩/脈沖時延擴展寬度估'汁(C)設在支路上，分別與脈沖模擬信號處理模塊(A)、信號處 理模塊(B)和選擇器(E)連接。脈沖模擬信號處理(A)前接天線，平坦衰落數字信號處 理器(F)接后續(xù)數字處理，脈沖模擬信號(A)輸出信號①到信號取樣處理模塊(B)和同 步/脈沖時延擴展寬度估計模塊(C)，信號取樣模塊(B)根據同歩/脈沖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到單符號取樣緩沖器(D)，單符號取 樣緩沖器(D)輸出信號③到選擇器(E)，選擇器(E)按照同歩/脈沖時延擴展寬度估計模塊(C)提供的脈沖時延擴展寬度⑤對單符號取樣緩沖器(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到平坦衰落數字信號處理器(F)，平坦衰落數字信號處理器(F)輸出信號⑦進行后續(xù)處理。下面以脈沖跳時位置調制TH-PPM超寬帶信號為例，結合附圖對本發(fā)明作進一步說明 TH-PPM是一種常用的超寬帶多址調制信號。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(qū)分不同用戶的信號。但是在實際的多址系統(tǒng)中，由于脈沖時 延展寬和用戶密集的原因仍然會存在多路脈沖的碰撞，即多址千擾。設單符號周期有128Tw時延寬度，用戶調制脈沖數K-2，位于時隙位置pO和pl。經過 無線信道、天線和射頻處理，接收脈沖時延展寬近似為10Tw。按圖1中所示，接收信號經過脈沖模擬信號(A)放大處理，再與本地脈沖模板相關積 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 號取樣緩沖器(D)中，緩沖取樣數為N+L-1=137，該緩沖信號用矢量可表示為 [s(0),s(l)，…s(137)]。按照第(四)步選擇器規(guī)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字信號處理算法，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并這十 路檢測輸il;的結果，再進行判決。
權利要求
1. 一種脈沖超寬帶信號檢測中分離多徑和多址干擾的方法，其特征是目標檢測信號經脈沖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(guī)則重新組合這些取樣結果，實現(xiàn)分離目標檢測信號多徑分量，得到包含多址干擾脈沖和目標檢測信號單徑脈沖的信號矢量。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特征是該方法包括如下步驟-(1) 、 IR-UWB接收機中的脈沖模擬信號處理模塊(A)對所收到的脈沖信號進行放大， 相關或非相關檢測，輸出信號①到信號取樣模塊(B)和同歩/脈沖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沖和符號同歩時鐘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后的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沖器(D)屮，每檢測完成一個符號 單符號取樣緩沖器(D)更新到最新收到的符號取樣值，單符號取樣緩沖器(D)輸出信號③ 到選擇器(E);(3) 、選擇器(E)按照同步/脈沖時延擴展寬度估計模塊(C)提供的脈沖時延擴展寬 度L及信號⑤對爭符號取樣緩沖器輸出的信號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，重復步驟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并、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，其特征是重復步驟1~6即可實現(xiàn)對連續(xù)符號IR-UWB 調制信號的檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種脈沖超寬帶信號檢測中分離多徑和多址干擾的方法，其主要特征是在脈沖超寬帶接收機中由脈沖模擬信號處理，信號取樣，同步/脈沖時延擴展寬度估計，單符號取樣緩沖器，選擇器，平坦衰落數字信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(guī)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(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明將接收信號經過簡單的框架模塊處理后，實現(xiàn)了分離目標檢測信號多徑分量的目的，獲得了包含多址干擾脈沖和目標檢測信號單徑脈沖的信號矢量，大大簡化了檢測信號后續(xù)數字處理的復雜度。
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(yōu)先權日2008年4月19日
發(fā)明者段梅梅, 霖 鄭, 黃智武 申請人:桂林電子科技大學