CN101944927A - 超宽带脉冲的比较检测技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超宽带脉冲的比较检测技术，属于信号检测技术领域，特别是涉及冲激脉冲超宽带(IR-UWB)无线通信中的脉冲检测技术。主要内容包括：在IR-UWB进行二进制信息脉冲调制时，根据二进制信息的不同，在脉冲本来应该出现的位置进行向左或向右的偏移一定距离。而解调时，将接收信号与本地产生的已知脉冲模板信号作滑动相关，并进行积分运算，在脉冲同步已经完成的前提下，只需在原脉冲本应该出现位置的左和右两个位置进行两点采样，再对两个采样值进行大小比较，即可简单的不需要门限就能对脉冲作出判决。本发明最突出的特点是对脉冲的判决避免了门限的设置，提高了脉冲判决的准确度。本发明适用于通信中一切需要对脉冲进行采样判决的场合。

Description

超宽带脉冲的比较检测技术

一、技术领域

本发明属于信号检测技术领域，特别是涉及冲激脉冲超宽带(IR-UWB)无线通信中的脉冲检测技术。

二、背景技术

超宽带通信是近年来发展较快的一种新型通信技术。本发明涉及的是冲激脉冲超宽带，其根本原理是利用窄脉冲来携带通信信息。IR-UWB信号与正弦窄带信号的主要区别在于携带信息的载体不同，IR-UWB将信息调制在脉冲信号上，而正弦窄带系统则将信息调制在正弦载波信号上。

IR-UWB通信的显著特征是发射信号在空中能够淹没在噪声之中，因此IR-UWB信号很难被侦听、截获。同时IR-UWB信号在时域的占空比很低，具有突发性及隐蔽性等特点；在频域方面，IR-UWB信号的频谱远远宽于其它窄带信号，这使得IR-UWB信号很难被干扰。另外，IR-UWB还具有多径分辨率高，数据传输速率快等优点。IR-UWB在无线电通信、雷达跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域都具有广阔的应用前景。

由于IR-UWB脉冲具有突发性，占空比较低，因此IR-UWB信号的检测就显得相当重要。目前研究较多的是脉冲的相关检测、自相关检测、基于能量的非相关检测和边沿门限检测等方法。这些脉冲检测方法都具有各自的优点，但总的来说，这些方法都要用到门限判决，而门限的选择将对通信质量具有很大的影响，特别是当信噪比等信道参数不停变化时影响更为明显。因此，找到一种不依赖于门限的脉冲检测方法是非常有益的。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种实现简单、性能优良的脉冲检测方法，要克服脉冲检测方法必须依赖门限来进行判决的缺陷，从而来提高IR-UWB通信系统的通信质量及抗干扰性能。

该发明基于脉冲相关检测法。脉冲相关检测法的基本原理如下：将接收到的信号进行放大滤波等处理后，与本地产生的已知脉冲模板信号作滑动相关，然后进行积分运算。在已经同步的前提下，对积分后的信号在对应位置采样，最后与门限值作比较进行判决。

下面具体介绍本发明的内容。本发明仅适用于欲调制的信号为二进制(0-1)信息时的情况。

本发明最重要的思想是：在信号调制时，根据二进制信息的不同，对脉冲本来应该出现的位置进行向左或向右的偏移一定距离。当解调时，将接收信号与本地产生的已知脉冲模板信号作滑动相关，并进行积分运算后，只需在原采样位置的左和右两个位置进行采样，再对两个采样值进行大小比较，即可简单的不需要门限就作出判决。

针对不同调制方式时有无正负脉冲的情况，下面分别介绍两种处理方法。

当调制时要求都为正脉冲的IR-UWB通信时，只需根据二进制信息的不同，在左或右两个位置中选择一个位置调制一个正脉冲即可，而另一个位置不发脉冲。解调时方法与上相同。

当调制时允许有负脉冲时，可根据二进制信息的不同，对某一种二进制信息，在左或右两个位置中选择一个位置调制一个正脉冲，而另一个位置调制一个负脉冲即可；对另一种二进制信息，将脉冲的正负反过来发即可。解调方法与上相同。这种情况的特征是一比特信息要发射两个极性相反的脉冲，虽然多用了一个脉冲的能量，但对噪声干扰的改善是明显的。

本发明虽然只提出了上面两种情况，但绝不限于上面的情况，其最重要的特征是利用了两个采样位置的采样值进行比较判决，避免了门限判决的缺陷。

该发明可用于脉冲位置调制(PPM)、脉冲幅度调制(PAM)、及与跳时(TH)、直扩(DS)技术相互组合产生的更多种IR-UWB调制方式，并且对于多脉冲调制的检测也适用。

从上面可以看到，本发明的脉冲检测方法实现简单，不用设置门限就可以检测出脉冲，对IR-UWB通信系统的通信质量及抗干扰性能有显著提高。

四、附图说明

图1是跳时脉冲位置调制(TH-PPM)示意图

图2是当调制只有正脉冲时，本发明结合TH-PPM调制时所得的调制信号

图3是本发明对应的解调原理图

图4是当调制只有正脉冲时，对应的比较判决方法

图5是当有负脉冲时，本发明结合TH-PPM调制时所得的调制信号

图6是当有负脉冲时，对应的比较判决方法

五、具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作一个说明。

图1给出了采用TH-PPM调制的信号图。图中虚线表示共调制了六个信息比特，每个比特采样点数为100个点，一个脉冲宽度的采样点数为13个点，跳时码为(20 35 50 27 40 37)。可以看到，TH-PPM调制时脉冲在每一比特中出现的位置是非规则的，而是由跳时码控制的。

图2给出了只有正脉冲时，本发明结合TH-PPM调制时所得的调制信号。图中给出的六比特信息为(1 0 0 1 1 0)，虚线脉冲为没调制信息时的TH-PPM脉冲信号(实际是不存在的)，而实线脉冲才是结合信息比特后的TH-PPM调制信号。可以看到，当信息比特为1时，实际发射的脉冲在虚线脉冲的右边；而当信息比特为0时，实际发射的脉冲在虚线脉冲的左边。

图3是本发明对应的解调原理图。在接收端，将收到的信号与本地脉冲模板作滑动相关并积分，在获得脉冲同步信息后，就可根据同步信息来确定采样位置。本发明在此处的特别之处在于不是只采样一个点去与门限比较，而是采样两个点，即虚线脉冲左右的两个脉冲峰值点，通过比较此两个点的大小来判断脉冲信息。

图4是图2中的调制信号经过信道后，接收端对其作滑动相关并积分，然后采样，解调出信号。解调过程中，在每个虚线脉冲左右两个峰值处各采样一个点，当左边的采样值大于右边的时，判决为信息比特0；当左边的采样值小于右边的时，判决为信息比特1。明显，可以判决出六比特信息为(1 0 0 1 1 0)，完全正确。

图5是有负脉冲时，本发明结合TH-PPM调制时所得的调制信号。图中同样给出的六比特信息为(1 0 0 1 1 0)，虚线脉冲为没调制信息的TH-PPM脉冲信号(实际是不存在的)，而其左右两边的实线脉冲才是结合信息比特后的TH-PPM调制信号。可以看到，当信息比特为1时，实际发射的脉冲有两个，分别在虚线脉冲的左右两边，并且左边的是负脉冲，右边的是正脉冲；而当信息比特为0时，实际发射的脉冲同样有两个，在虚线脉冲的左右两边，正负极性与信息比特为1时正好相反。

图6是图5中的调制信号经过信道后，接收端对其作滑动相关并积分，然后采样，解调出信号。解调过程中，同样在每个虚线脉冲左右采样两个点，当左边的采样值大于右边的时，判决为比特0；当左边的采样值小于右边的时，判决为比特1。明显，可以判决出六比特信息为(1 0 0 1 1 0)。此处由于有负脉冲，左右两个采样点的值相差更大，因此发生错判的可能性更小，从而对抗干扰及噪声的能力更强。

Claims (1)

1.超宽带脉冲的比较检测技术的重要特征是：

本发明提供的脉冲检测方法，可以克服某些检测方法必须要依赖门限来进行判决的缺陷，从而可提高IR-UWB系统的通信质量及抗干扰性能，该发明基于脉冲相关检测法，本发明仅适用于欲调制的信号为二进制(0-1)信息时的情况，本发明最重要的思想是：在信号调制时，根据二进制信息的不同，对脉冲本来应该出现的位置进行向左或向右的偏移一定距离，当解调时，在接收信号与本地产生的已知脉冲模板信号作滑动相关，并进行积分运算后，只需在原采样位置的左和右两个位置进行采样，再对两个采样值进行大小比较，即可简单的不需要门限就作出判决，针对不同调制方式时有无正负脉冲的情况，下面分别介绍两种处理方法，一是当调制时要求都为正脉冲的IR-UWB通信时，只需根据二进制信息的不同，在左或右两个位置中选择一个位置调制一个正脉冲即可，而另一个位置不发脉冲，解调时方法与上相同，二是当调制时允许有负脉冲时，可根据二进制信息的不同，对某一种二进制信息，在左或右两个位置中选择一个位置调制一个正脉冲，而另一个位置调制一个负脉冲即可，对另一种二进制信息，将脉冲的正负反过来发即可，解调方法与上相同，这种情况的特征是一比特信息要发射两个极性相反的脉冲，虽然多用了一个脉冲的能量，但对噪声干扰的改善是明显的，本发明虽然只提出了上面两种情况，但绝不限于上面的情况，其最重要的特征是利用了两个采样位置的采样值进行比较判决，避免了门限判决的缺陷，该发明可用于脉冲位置调制(PPM)、脉冲幅度调制(PAM)、及与跳时(TH)、直扩(DS)技术相互组合产生的更多种IR-UWB调制方式，并且对于多脉冲调制的检测也适用。

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