高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法技术

本发明专利技术公开了一种高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法，用于解决现有脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法复杂的技术问题。技术方案是按照块结构发送数据信息比特，发送数据块在脉冲成型后经过信道到达接收端，在接收端经过信道估计后得到RAKE接收机的模板信号vd(t)，根据估计出多普勒尺度变化因子，对模板信号vd(t)进行多普勒补偿，得到新的RAKE接收模板信号v(t)，进行RAKE接收和判决，得到发送的信息。本发明专利技术通过将导频信号插入块信号之间来估计尺度变化因子，然后利用尺度变化因子确定重复采集周期对模板信号进行重复采集来补偿多普勒效应带来的影响，方法简单，而且可以在高速环境下大幅度改善误比特率性能。

【技术实现步骤摘要】
高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法
本专利技术涉及一种脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法，特别是涉及一种高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法。
技术介绍
文献“Methodofdopplerestimationforir-uwb-systembasedontherake-receiver,”in2010IEEEInternationalConferenceonUltra-Wideband,2010,pp.1–5.中具体分析了插入前导信号的块传输机制在超宽带系统中影响其性能的多普勒效应的各种因素，最后提出了尺度变换因子概念，但对于多普勒效应的补偿方法过于复杂。文献“Acomputationallyefficientdopplercompensationsystemforunderwateracousticcommu-nications,”OceanicEngineering,IEEEJournalof,vol.25,no.1,pp.52–61,2000给出了水声通信中多普勒补偿的一种有效方法，该方法针对块传输系统，复杂度较低。水声通信的低数据速率特点和脉冲超宽带通信的低占空比特性相似，而且都是针对块传输系统，因此可以将该方法引入到块传输结构的超宽带通信系统中，设计出移动环境下带有多普勒补偿的RAKE接收模板信号，对发送的数据进行RAKE接收。
技术实现思路
为了克服现有脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法复杂的不足，本专利技术提供一种高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法。该方法按照块结构发送数据信息比特，发送数据块在脉冲成型以后经过信道到达接收端，在接收端经过信道估计后得到RAKE接收机的模板信号vd(t)，根据估计出多普勒尺度变化因子，然后对模板信号vd(t)进行多普勒补偿，得到新的RAKE接收模板信号v(t)，进行RAKE接收和判决，得到发送的信息。本专利技术通过将导频信号插入块信号之间来估计尺度变化因子，然后利用尺度变化因子确定重复采集周期对模板信号进行重复采集来补偿多普勒效应带来的影响，方法简单，而且可以在高速环境下大幅度改善误比特率性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法，其特点是采用以下步骤：步骤一、数据信息比特按照块结构进行发送。在每个块内，添加前导符号进行多普勒尺度变化因子a的估计：式中，Tt是从发送方获取的前导符号间的间隔，Tr的长度是在RAKE接收端通过对前后两个前导符号的匹配滤波确定。Tr＝Tt+nΔ/fs式中nΔ是相关峰的位置偏移的采样点个数，fs为采样频率。最后,脉冲尺度变化因子a为：a＝1+nΔ/(fsTt)步骤二、发送数据块在脉冲成型以后经过信道到达接收端，在接收端经过信道估计后得到RAKE接收机的模板信号vd(t)，此时的模板信号带有多普勒频移的影响。式中用c1,c2,...,cL来表示有L个分支RAKE接收机相应的系数，W(t)代表一个单独的脉冲，τl代表第lth的多径分量组成延迟。步骤三、根据估计出多普勒尺度变化因子，然后对模板信号vd(t)进行多普勒补偿，得到新的RAKE接收模板信号v(t)。用采样时间Ts进行采样后，获得RAKE信号的离散表达式：式中njTs就是τj的离散化。在获得尺度变化因子a之后，通过插值或抽取的方法对模板信号重新采样当时，有重新采样频率为fs'，fs为接收机的采样频率fs'＝afs步骤四、进行RAKE接收和判决，得到发送的信息。本专利技术的有益效果是：该方法按照块结构发送数据信息比特，发送数据块在脉冲成型以后经过信道到达接收端，在接收端经过信道估计后得到RAKE接收机的模板信号vd(t)，根据估计出多普勒尺度变化因子，然后对模板信号vd(t)进行多普勒补偿，得到新的RAKE接收模板信号v(t)，进行RAKE接收和判决，得到发送的信息。本专利技术通过将导频信号插入块信号之间来估计尺度变化因子，然后利用尺度变化因子确定重复采集周期对模板信号进行重复采集来补偿多普勒效应带来的影响，方法简单，而且可以在高速环境下大幅度改善误比特率性能。该方法对于比例变化因子a的取得相对简单，经过仿真得出的结果也符合理论实际分析。从图4可以看出，相关函数的峰值在样本指数Δn＝8时出现，可以依此算出比例变化因子：根据理论，当v＝216Km/h时，比例变化因子为a＝1+2v/c＝1+4×10-7，理论值与实际值非常匹配。该方法可以在高速环境下大幅度改善误比特率性能。从图5中可以看到，在速度v＝54Km/h，导频间隔时间Tt＝2.5ms的情况下，速度对误比特率的性能并没有多大影响，所以在低速情况下，可以忽视多普勒效应的影响。从图6中可以看到，条件为v＝216Km/h，RAKE接收机选取10个最重要的多径分量组成并按照最大合并规则结合，从中可以看出：多普勒补偿对评估多普勒效应和提高误比特率性能非常重要。尤其是在导频信号间隔时间扩大时，没有多普勒补偿，误比特率性能会迅速的下降。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1-1是本专利技术方法中室内视距信道的离散信道冲击响应曲线。图1-2是本专利技术方法中室内距信道的脉冲波形及其频谱曲线。图2是本专利技术方法中带多普勒补偿的UWB系统RAKE接收机框图。图3-1是本专利技术方法利用前导符号测量数据块的长度示意图。图3-2是本专利技术方法RAKE接收端接收到的前一个前导符号的波形曲线。图3-3是本专利技术方法RAKE接收端接收到的后一个前导符号的波形曲线。图4是本专利技术方法在35dB信噪比下两个邻近的导频信号的相关函数图。图5是本专利技术方法在v＝54Km/h条件下，RAKE接收机的误比特率性能比较曲线。图6是本专利技术方法在v＝216Km/h的情况下，RAKE接收机的误比特率性能比较曲线。具体实施方式参照图1-6。本专利技术高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法具体步骤如下：(A)尺度变换因子a的获取。考虑到无人机信道和室内视距信道的相似性，信道模型采用室内环境下的视距信道，脉冲宽度约为TP＝2ns，频谱范围0～2GHz。脉冲的频谱幅度未考虑规范的限制，因为在实际的系统中，脉冲波形后端还有滤波整形和功率放大模块。系统调制采用BPSK调制，假定发射接收机的相对速度为径向速度，相对速度为v＝216Km/s发送端相邻前导符号之间的间隔Tt＝2.5ms，系统采样率fs＝8GHZ，脉冲发射间隔为100ns。发送信号为：式中，p(t)是能量归一化的超宽带脉冲，bi∈(-1,+1)是经过BPSK调制的发送信息，P是发送功率。在每个块的起始位置，即第一个前导符号的位置，相关峰出现的位置是τ＝0，然后在Tt＝τ附近寻找下一个前导符号相关峰出现的位置。通过确定最大值的位置τ＝0处，从而确定接收数据块的长度Tr。在实际数字化的处理过程中，相关峰的位置偏移τ＝Tt采样点的个数记为nΔ：a＝1+nΔ/(fsTt)(B)RAKE接收机采用10个分支的RAKE，采取最大比合并准则获取vd(t)：(C)获取RAKE接收模板信号v(t)。采样频率fs＝8GHZ，重新采样频率为fs'，fs'＝afs。当时，有对实际模板信号进行多普勒补偿得到v(t)。(D)进行RAKE接收和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、数据信息比特按照块结构进行发送；在每个块内，添加前导符号进行多普勒尺度变化因子a的估计：a=TrTt]]>式中，Tt是从发送方获取的前导符号间的间隔，Tr的长度是在RAKE接收端通过对前后两个前导符号的匹配滤波确定；Tr＝Tt+n△/fs式中n△是相关峰的位置偏移的采样点个数，fs为采样频率；最后,脉冲尺度变化因子a为：a＝1+n△/(fsTt)步骤二、发送数据块在脉冲成型以后经过信道到达接收端，在接收端经过信道估计后得到RAKE接收机的模板信号vd(t)，此时的模板信号带有多普勒频移的影响；vd(t)=1aΣj=1LcjW(t-τja)]]>式中用c1,c2,...,cL来表示有L个分支RAKE接收机相应的系数，W(t)代表一个单独的脉冲，τl代表第lth的多径分量组成延迟；步骤三、根据估计出多普勒尺度变化因子，然后对模板信号vd(t)进行多普勒补偿，得到新的RAKE接收模板信号v(t)；用采样时间Ts进行采样后，获得RAKE信号的离散表达式：vd(Ts)=1aΣj=1LcjW(n-njaTs)]]>式中njTs就是τj的离散化；在获得尺度变化因子a之后，通过插值或抽取的方法对模板信号重新采样vd(nTs)=1av[n(Tsa)]]]>当时，有vd(nTs)=1dv(nTs′)]]>重新采样频率为f's，fs为接收机的采样频率f′s＝afs步骤四、进行RAKE接收和判决，得到发送的信息。...

【技术特征摘要】
1.一种高速移动环境下的脉冲无线超宽带RAKE接收和判决方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、数据信息比特按照块结构进行发送；在每个块内，添加前导符号进行多普勒尺度变化因子a的估计：式中，Tt是从发送方获取的前导符号间的间隔，Tr的长度是在RAKE接收端通过对前后两个前导符号的匹配滤波确定；Tr＝Tt+nΔ/fs式中nΔ是相关峰的位置偏移的采样点个数，fs为采样频率；最后,脉冲尺度变化因子a为：a＝1+nΔ/(fsTt)步骤二、发送数据块在脉冲成型以后经过信道到达接收端，在接收端经过信道估计后得到RAKE接收机的模板信号vd(t)，此时的模板信号带有多普勒频移的影响；式中用c1，c2,...,cL来表...

【专利技术属性】
技术研发人员：左晓亚，袁建平，张若南，罗建军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61