CN101257323A

CN101257323A - 脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法

Info

Publication number: CN101257323A
Application number: CNA2008100735464A
Authority: CN
Inventors: 郑霖; 段梅梅; 黄智武
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2008-04-19
Filing date: 2008-04-19
Publication date: 2008-09-03
Anticipated expiration: 2028-04-19
Also published as: CN101257323B

Abstract

本发明公开了一种脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法，其主要特征是：在脉冲超宽带接收机中由脉冲模拟信号处理，信号取样，同步/脉冲时延扩展宽度估计，单符号取样缓冲器，选择器，平坦衰落数字信号处理器模块相连接构成的多址检测框架，通过对接收信号进行检测抽样，按一定规则重新组合这些取样结果，达到分离目标检测信号多径分量的目的。本发明的优点在于：本发明将接收信号经过简单的框架模块处理后，实现了分离目标检测信号多径分量的目的，获得了包含多址干扰脉冲和目标检测信号单径脉冲的信号矢量，大大简化了检测信号后续数字处理的复杂度。

Description

脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法

技术领域：

本发明涉及脉冲超宽带通信检测信号的处理方法，具体是脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法及装置。

背景技术：

脉冲超宽带(IR-UWB)通信技术利用极低的发射功率提供了很高的信息通信容量。它采用带宽极宽的极窄脉冲序列来传输信息符号，由于极窄脉冲有很好的时间分辨率，可以清晰的分辨各多径分量，其中跳时调制方式，包括脉位调制(TH-PPM)和脉幅调制(TH-PAM)成为UWB通信中的主要调制方式。在IR-UWB通信中一方面信号的形式采用极窄的、高速密集的脉冲来调制信息；另一方面，相对于单脉冲宽度(T_w)，超宽带(UWB)多径信道也体现为极宽时延扩展和密集多径的特点，接收信号可分辨的多径数目甚至达到几十条，时延扩展达到几十倍T_w。在多用户同时通信的环境中，单用户接收机收到的信号是多用户脉冲及其多径脉冲的混合，脉冲在时域上相互重叠造成检测困难。

多址检测方法是扩频通信中解决多址干扰的常用信号处理方法，但存在多径干扰的情况下，会产生接收信号失配的问题，甚至导致有用信号被消减。为解决多径和多址干扰同时存在的问题，通常的解决方法有两种：一是先进行信道估计，将目标信号的多径幅度和时延估计出来，再进行相关检测和多址信号处理；二是做目标信号单径分量的多址检测，但必须加入约束多径相关分量的算法，一般采用多径扩频码矩阵C_κ来约束。由于超宽带信道的密集多径特征造成估计的困难，导致信道估计算法过于复杂，且误差较大；另一方面，大量的多径相关分量也要求约束多径算法中的多径码矩阵C_κ维数很大，加重了信号处理的运算负荷。所以直接沿用传统扩频通信的多址信号处理方法在IR-UWB多址系统中并不实用。

发明内容：

本发明的目的是为简化检测信号处理算法的复杂度，而提供一种脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法及实现方法的装置。

实现本发明目的的技术方案是：利用了IR-UWB通信中脉冲信号离散的特点，通过对接收信号进行检测抽样，按一定规则重新组合这些取样结果，达到分离目标检测信号多径分量的目的，获得包含多址干扰脉冲和目标检测信号单径脉冲的信号矢量。由于该信号矢量中，多址干扰脉冲与目标检测信号的不相关性，可以直接利用在平衰落信道中高效的多用户检测算法实现干扰的消除。该方法包括如下步骤：

1、脉冲模拟信号处理模块对所收到的脉冲信号进行放大、相关或非相关检测，非相关检测可以是差分检测、发送参考检测、包络检波、平方律检测，或其它能量检测方法；输出检测信号接入到信号取样模块和同步/脉冲时延扩展宽度估计模块；按照所获得的接收信号脉冲和符号同步时钟，信号取样模块对检测输出的模拟波形进行取样；

2、取样的数据存储在接收机单符号取样缓冲器中，从单符号周期的起始取样值开始，至该符号周期后的L个取样值作为一个符号取样周期，该存储器需要N+L-1个数据单元。每检测完成一个符号，缓冲器更新到最新收到的符号取样值；

3、设该符号周期内多个调制脉冲的时间位置用对应的取样位置p0、p1、...pK表示。按照估计的脉冲时延扩展宽度L，即信号，选择器对缓冲的单符号取样结果进行筛选，组成新的取样信号矢量，选择规则是：包含所有除[p0，p0+L-1]、[p1，p1+L-1]、...[pK，pK+L-1]外的取样信号；在[p0，p0+L-1]、[p1，p1+L-1]、...[pK，pK+L-1]中相同位置各提取一个取样数据，这样获得了一个新的N-(K-1)(L-1)维取样信号矢量；

4、将以上组成的新取样信号矢量输入到数字信号处理器中。由于信号矢量不包含目标检测信号的相关多径分量，所以所使用的信号处理算法与平坦衰落信道中的多址信号处理算法相同，不再需要多径扩频码矩阵C_κ抑制最优化算法中的相关分量；

5、通过修改[p0，p0+L-1]、[p1，p1+L-1]、...[pK，pK+L-1]中提取取样数据的位置，重复4和5步骤，可输出L个检测结果；

6、将这L个检测结果按Rake接收机原则进行分集合并、判决，输出即为单符号的检测结果；

7、重复以上过程，就实现了对连续符号IR-UWB调制信号的检测。

用于实现上述脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法的装置为脉冲超宽带IR-UWB多址通信接收机，该接收机包括相关检测电路单元或非相关检测电路单元、取样和信号处理单元，非相关检测电路可以是包络检波电路、平方律电路、差分检测电路或其他能量检测电路，接收机的积分器时钟、取样时钟和本地伪随机码序列，其特征是：在脉冲超宽带多址通信接收机中还设置了顺序连接的脉冲模拟信号处理模块、信号取样模块、单符号取样缓冲器、选择器、平坦衰落数字信号处理器，同步/脉冲时延扩展宽度估计设在支路上，分别与脉冲模拟信号处理模块、信号处理模块和选择器连接。脉冲模拟信号处理前接天线，平坦衰落数字信号处理器接后续处理；选择器按照同步/脉冲时延扩展宽度估计模块提供的脉冲时延扩展宽度L对单符号取样器输出的信号进行筛选，剥离待测信号的多径份量，输出信号进行下一步处理。

本发明的优点在于：

本发明将接收信号经过简单的框架模块处理后，实现了分离目标检测信号多径分量的目的，获得了包含多址干扰脉冲和目标检测信号单径脉冲的信号矢量，较大简化了检测信号后续数字处理的复杂度；另外缓存的单符号取样经过选择器中的筛选算法直接剥离待测信号的多径分量，该筛选算法具有简单直观的特点。

附图说明：

图1为本发明脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法的各功能模块连接框图。

具体实施方式

本发明目标检测信号多径和多址干扰分离的方法用于脉冲超宽带多址通信接收机，该接收机包括相关检测电路单元或非相关检测电路单元，取样和信号处理单元，非相关检测电路包括包络检波电路、平方律电路、差分电路或其他能量检测电路，所作用的调制信号为脉冲位置调制PPM，脉冲幅度调制OOK，脉冲信号的二进制信息符号周期为T，单符号调制信号中脉冲个数为K，接收机积分器时钟、取样时钟和本地伪随机码序列与接收调制信号同步或近似同步，接收机取样间隔为小于多径脉冲的时延扩展宽度Tm，且接近脉冲宽度Tw，即取样间隔Ts≈Tw，有整数L≈Tm/Ts，N≈T/Ts。

另在接收机中增设脉冲模拟信号处理模块(A)、信号取样模块(B)、同步/脉冲时延扩展宽度估计模块(C)、单符号取样缓冲器(D)、选择器(E)、平坦衰落数字信号处理器(F)，以上这些模块的连接框架顺序是：脉冲模拟信号处理模块(A)后连接信号处理模块(B)，再连接单符号取样缓冲器(D)，再连接选择器(E)，再连接平坦衰落数字信号处理器(F)，同步/脉冲时延扩展宽度估计(C)设在支路上，分别与脉冲模拟信号处理模块(A)、信号处理模块(B)和选择器(E)连接。脉冲模拟信号处理(A)前接天线，平坦衰落数字信号处理器(F)接后续数字处理，脉冲模拟信号(A)输出信号①到信号取样处理模块(B)和同步/脉冲时延扩展宽度估计模块(C)，信号取样模块(B)根据同步/脉冲时延扩展宽度估计模块(C)提供的时钟同步信号④进行取样，输出信号②到单符号取样缓冲器(D)，单符号取样缓冲器(D)输出信号③到选择器(E)，选择器(E)按照同步/脉冲时延扩展宽度估计模块(C)提供的脉冲时延扩展宽度⑤对单符号取杆缓冲器(D)输出的信号③进行筛选，剥离待测信号的多径份量，输出信号⑥到平坦衰落数字信号处理器(F)，平坦衰落数字信号处理器(F)输出信号⑦进行后续处理。

下面以脉冲跳时位置调制TH-PPM超宽带信号为例，结合附图对本发明作进一步说明：

TH-PPM是一种常用的超宽带多址调制信号。在单符号时域周期内，通过指定一个与用户相关的伪随机时隙位置来区分不同用户的信号。但是在实际的多址系统中，由于脉冲时延展宽和用户密集的原因仍然会存在多路脉冲的碰撞，即多址干扰。

设单符号周期有128Tw时延宽度，用户调制脉冲数K＝2，位于时隙位置p0和p1。经过无线信道、天线和射频处理，接收脉冲时延展宽近似为10Tw。

按图1中所示，接收信号经过脉冲模拟信号(A)放大处理，再与本地脉冲模板相关积分输出信号①，也可以直接将放大信号输出为①，根据时钟同步信号④，信号取样模块(B)中使用取样间隔为Tw，这样所获得的单符号取样值为N＝128，L＝10。取样信号②送入单符号取样缓冲器(D)中，缓冲取样数为N+L-1＝137，该缓冲信号用矢量可表示为[s(0)，s(1)，...s(137)]。

按照第(四)步选择器规则，首先选择首达路径信号矢量为：

[s(0)，s(1)，...，s(p0-1)，s(p0)，s(p0+10)，s(p0+11)，

...，s(p1-1)，s(p1)，s(p1+10)，s(p1+11)，...s(137)]^T

是119×1维列矢量。该信号矢量内可以认为已经不存在相关多径分量，将该信号输入到(F)中，可以直接利用平坦衰落信道中的高效数字信号处理算法，例如Kalman自适应算法进行多址检测。

其次，选择次达路径信号矢量为：

[s(0)，s(1)，...，s(p0-1)，s(p0+1)，s(p0+10)，s(p0+11)，

...，s(p1-1)，s(p1+1)，s(p1+10)，s(p1+11)，...s(137)]^T

仍然是119×1维列矢量，同样输出到选择器(F)中进行相同处理。

依次类推，获得第三路径分量至第十路径分量的检测输出。通过最大比率准则合并这十路检测输出的结果，再进行判决。

Claims

1、一种脉冲超宽带信号检测中分离多径和多址干扰的方法，其特征是：目标检测信号经脉冲超宽带多址通信接收机，对接收信号进行检测抽样，按一定规则重新组合这些取样结果，实现分离目标检测信号多径分量，得到包含多址干扰脉冲和目标检测信号单径脉冲的信号矢量。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

(1)、IR-UWB接收机中的脉冲模拟信号处理模块(A)对所收到的脉冲信号进行放大，相关或非相关检测，输出信号①到信号取样模块(B)和同步/脉冲时延扩展宽度估计模块(C)，信号取样模块(B)按照所获得的接收信号脉冲和符号同步时钟④，信号取样模块(B)对检测输出的模拟波形①进行取样；

(2)、从单符号周期的启始取样值开始至该符号周期后的L个取样值作为一个符号取样周期，将这些取样数据②存储在接收机的单符号取样缓冲器(D)中，每检测完成一个符号单符号取样缓冲器(D)更新到最新收到的符号取样值，单符号取样缓冲器(D)输出信号③到选择器(E)；

(3)、选择器(E)按照同步/脉冲时延扩展宽度估计模块(C)提供的脉冲时延扩展宽度L及信号⑤对单符号取样缓冲器输出的信号③进行筛选剥离待测信号的多径分量，组成新的取样信号矢量⑥；

(4)将以上组成的新取样信号矢量⑥输入到平坦衰落信号处理器(F)中，选择器(F)所使用的信号处理算法与平坦衰落信号的多址信号处理算法同；

(5)通过修改提取取样数据的位置，重复步骤4、5选择器(F)可输出L个检测结果⑦；

(6)将输出的L个检测结果按RaKe接收机原则进行分集合并、判决、输出，即为单符号的检测结果。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征是：重复步骤1～6即可实现对连续符号IR-UWB调制信号的检测。