CN101944927B - 超宽带脉冲的比较检测方法 - 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方法

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方法。

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(203550274037)。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(100110)，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(100110)，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(100110)，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(100110)。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)

1.一种超宽带脉冲的比较检测方法，基于脉冲相关检测法进行检测，适用于欲调制的信号为包含1和0的两种二进制信息的情况，其特征在于，进行如下调制和解调：

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，具体包括：

当调制时要求都为正脉冲的ＩＲ－ＵＷＢ通信时，根据0或1的二进制信息，在所述偏移后的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；

当调制时允许有负脉冲时，根据二进制信息的不同，对包括1和0的两种二进制信息中的一种二进制信息，在所述偏移后的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，对包括1和0的两种二进制信息中的另一种二进制信息，在所述偏移后左或右两个位置中选择一个位置调制一个负脉冲，而另一个位置调制一个正脉冲即可；

在解调时，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，在原采样位置的左和右两个位置进行采样，得到两个采样值，再通过比较所述两个采样值的大小来判断脉冲信息；

所述方法适用于脉冲位置调制、脉冲幅度调制、及与跳时和直扩技术相互组合产生的更多种ＩＲ－ＵＷＢ调制方式，并且也适用于多脉冲调制的检测。

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