本发明专利技术提供一种利用超宽带多径接收信号的子积分区间能量进行加权合并的非相干接收方法及装置，该方法采用了加权模板信号技术，只使用了一个积分器和加权乘法器即完成了相应的加权非相干检测工作，并且加权系数及子积分区间宽度可以灵活设置而无须调整系统结构；同时也给出了与加权系数有关的参数估计模块实现结构，该结构同样只采用了一个积分器进行处理。此外，本发明专利技术提出了最佳加权系数组合的表达式，也提供了两组简单并且易于实现的准最佳加权系数组合。因此，本发明专利技术在提高超宽带信号检测非相干接收机误码性能的同时也有效地降低了硬件系统实现的复杂度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超宽带(UWBUltra-Wideband)通信
，尤其涉及一种利用超宽带多径接收信号的分区能量进行加权合并的非相干接收技术。
技术介绍
超宽带技术(UWBUltra-Wideband)是一种采用极宽频带(几百MHz～几个GHz)的无线电技术，其兴起可以追溯自上个世纪60年代，在70～80年代应用于雷达方面取得了很大进展，即冲激雷达(Impulse Radar)。90年代后超宽带技术在通信方面的应用研究逐渐趋热，并在军事通信领域取得了很大的进展。98年开始，美国等国家开始了UWB通信技术商用化的研究，2002年2月14日，美国联邦通信委员会(FCC)批准了3.1GHz~10.6GHz用于UWB通信的频段及相应的频谱功率限制，标志着UWB技术民用商用化的开始。 超宽带UWB的定义经过了一个变化的过程。早先的UWB由美国国防部DARPA相关部门定义为发射信号带宽与其中心频率之比≥25％；在美国FCC批准UWB进行商用之后，给出了一个确切的UWB定义，即绝对带宽(-10dB带宽)≥500MHz，或者带宽比≥20％，即可认为是超宽带UWB。这样，UWB从传统上一项技术的定义，转变成为一个带宽的定义，而对使用的技术并没有采取任何限制。 最早的UWB技术主要采用冲激无线电(IRImpulse Radio)的方式，即采用极窄冲激脉冲(1ns以下)进行直接辐射的方式进行发送，因此其频谱可以从接近直流扩展到几个GHz甚至十几个GHz。 采用冲激技术的IR-UWB具有以下的性能特点(1)高数据传输率可以达到10~100Mb/s的无线数据传输能力；(2)低截获率UWB具有极低的类似噪声的功率谱密度，信号完全可以隐藏在噪声本底以下而不易被发觉；(3)抗干扰性UWB信号占有上GHz的频带宽度，处理增益可以到达50dB以上，具有极强的抗干扰能力；(4)抗多径干扰由于UWB脉冲极窄，具有ns量级的多径分辨能力，很容易区分各个路径的到达信号，同时也可以达到cm量级的定位精度；(5)设备简单采用冲激无线电(IR)方式的UWB通信技术，由于无须载波调制而直接发送，可省去收发信道机部分；(6)低功耗由于设备简单及可以采用多径能量合并的架构，UWB通信设备的平均发送功率在mW量级，功耗的降低可以采用电池长时间供电；UWB技术主要应用在雷达、通信、定位测距等方面。雷达方面，包括成像雷达、探地雷达、透视雷达、防撞雷达等；通信方面，主要用于隐蔽通信、高速无线数据通信等；定位测距方面，主要用于小范围精确定位和测距等，如库房货物管理。 自从2002年美国FCC批准UWB技术商用化后，UWB技术获得了很大的发展。2003年，IEEE开始制订的802.15.3a个人短距无线通信标准，目前经过筛选剩下两个方案，一个是基于OFDM的MBO-UWB方案，支持厂商以Intel为首，另一个是基于直序扩频的DS-UWB方案，主要支持厂商为Motorola。虽然最终还没有确定哪个方案胜出，但采用UWB技术已成为主流趋势。 尽管IR-UWB没能成为IEEE 802.15.3a高速无线个域网的候选方案，但冲激无线电方案具有实现简单、体积小、低功耗、低成本等优点，因此在一些低速无线数据方面的应用，如鉴识、定位、控制、传感等，具有广阔的应用前景，仍然获得了广泛的关注。 作为无线传输信号，UWB信号的传输信道基本上是一个多径信道，但是与窄带信号或者通常的宽带信号不同的是，UWB信号由于具有超宽的频带，因而具有极强的多径分辨率，在接收到的多径信号中可分辨的多径分量大大地多于后者。一些UWB信道测量结果表明，只有很少数量的UWB多径分量落在同一个时延片，尤其是那些时延较小的时延片。相应地，UWB信号很少出现多径衰落现象，接收信号功率的变化通常是由阴影衰落而非多径衰落引起的。UWB信号的这一特点，使得多径分量信号的能量收集与合并极具价值和潜力，这对一些功率受限的UWB系统尤为重要[4]。 针对UWB多径信号的检测，目前为止大多数的文献都采用基于相干接收的Rake技术进行能量收集合并[R.A.Scholtz，“Multiple Access with Time-Hopping ImpulseModulation”IEEE MILCOM’93，1993]，这主要是基于UWB信号所特有的强多径分辨能力，采用Rake技术可以获得最大的输出信噪比和误码性能。尽管有如此的优点，但是采用Rake接收机的方式来实现UWB系统却是非常复杂和难以实现的。首先，Rake接收机必须基于比较理想的条件，一般要求非常精确的时钟定时估计结果和信道状态估计结果。其次，针对UWB多径信道的Rake接收机需要采用很大数量的Rake分支，从而大大增加了系统实现的复杂度。在一般的室内环境下，要获得85％以上的多径能量，有时需要超过100个多径分支；而在更为复杂的工业环境下，收集100个最强多径分量只能获得比冲激响应总能量的10％略多一点，如果要获得50％左右的总能量，则需要高达400个多径分量，这在实际应用中显然是不现实的[J.Karedal，S.Wyne，P.Almers，F.Tufvesson，A.F.Molisch.“Statistical analysis of the UWB channel in an industrialenvironment，”IEEE VTC2004-Fall，Sept.2004]。此外，由于传播路径的不同，接收到的各多径分量在经过不同的路径传播后会造成信号波形不同程度的失真，各个多径分量的波形有很大的差别，这也给相干接收模板信号的产生和处理带来了不小的困难。综合以上所述的困难因素，Rake接收机在实际UWB系统实现中并不常使用。 除了Rake相干接收方式外，一类自相关/差分相关接收方式[G.Durisi，S.Benedetto，“Performance of coherent and non-coherent receivers for UWB communications.”IEEE Comm.，2004 International Conf.on，June 2004]、[赵为春、刘丹谱、乐光新等，“用于超宽带无线通信系统的相关接收机及信号接收方法”，中国专利申请号200410006412.2，公开号CN 1561006A，公开日2005年1月5日]，可以避免或在一定程度上减轻上述的困难。当然自相关/差分相关接收方式尽管可以避免进行信道估计，但由于其内在的相关操作，仍然需要较为精确的定时估计和复杂的模拟波形存储电路[S.Paquelet，L.M.Aubert，“An energy adaptive demodulation for high data rateswith impulse radio，”IEEE Radio and Wireless Conference，2004，Sept.2004]，因而也具有一定的系统硬件实现难度。另一类基于能量检测的非相干接收机，由于其误码性能较差，在以系统性能为主要目标的UWB技术发展早期并未引起足够的重视。当UWB系统从性能方面的研究逐渐过渡到系统实现之后，硬件实现较为简单的能量检测器又重新本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种加权非相干超宽带接收方法，其步骤如下：接收信号经过滤波后，进行平方运算；将整个符号积分区间划分为前后两个部分，并且分别划分为多个互不重叠子积分区间；对每个子积分区间对应的随机变量的加权采用加权模板信号波形与平方器 的输出波形相乘，加权模板信号为ω（ｔ）＝Ｗ（ｔ）－Ｗ（ｔ－Ｔ↓［ｆ］／２），其中Ｗ（ｔ）＝∑↓［ｉ＝１］↑［Ｋ］ａ↓［ｉ］Ｒｅｃｔ（ｔ－ｔ↓［ｉ］，Ｔ↓［Ｗｉ］），Ｒｅｃｔ（ｔ，τ）是以时间原点为起点的单位幅度、宽度为ｒ的矩形脉冲函数，而ａ↓［ｉ］是第ｉ个子积分区间的加权系数，ｔ↓［ｉ］和Ｔ↓［Ｗｉ］分别是该子积分区间相对于脉冲符号帧的起始时间及积分持续时间；进行加权能量积分后，经过采样根据数据的极性进行符号判决。
【技术特征摘要】
1.一种加权非相干超宽带接收方法，其步骤如下接收信号经过滤波后，进行平方运算；将整个符号积分区间划分为前后两个部分，并且分别划分为多个互不重叠子积分区间；对每个子积分区间对应的随机变量的加权采用加权模板信号波形与平方器的输出波形相乘，加权模板信号为ω(t)＝W(t)-W(t-Tf/2)，其中W(t)=Σi=1KaiRect(t-ti,TWi),]]>Rect(t，τ)是以时间原点为起点的单位幅度、宽度为τ的矩形脉冲函数，而ai是第i个子积分区间的加权系数，ti和TWi分别是该子积分区间相对于脉冲符号帧的起始时间及积分持续时间；进行加权能量积分后，经过采样根据数据的极性进行符号判决。2.如权利要求1所述的加权非相干超宽带接收方法，其特征在于多个互不重叠子积分区间为相互衔接。3.如权利要求1或2所述的加权非相干超宽带接收方法，其特征在于多个互不重叠子积分区间的积分时间完全相等。4.一种加权非相干超宽带接收方法，其步骤如下接收信号经过滤波后，进行平方运算；将整个符号积分区间划分为多个互不重叠子积分区间；对每个子积分区间对应的随机变量的加权采用加权模板信号波形与平方器的输出波形相乘，加权模板信号为ω(t)＝W(t)，其中W(t)=Σi=1KaiRect(t-ti,TWi),]]>Rect(t，τ)是以时间原点为起点的单位幅度、宽度为τ的矩形脉冲函数，而ai是第i个子积分区间的加权系数，ti和TWi分别是该子积分区间相对于脉冲符号帧的起始时间及积分持续时间；进行加权能量积分后，经过采样与门限比较进行符号判决。5.如权利要求1或4所述的加权非相干超宽带接收方法，其特征在于上述加权系数组合是各子积分区间对应的加权系数为相应子积分区间的信号能量估计值或/乘以一个对所有加权系数都相同的常数因子。6.如权利要求1或4所述的加权非相干超宽带接收方法，其特征在于上述加权系数组合是各子积分区间对应的加权系数采用相应子积分区间的信号能量估计值的开平方根或/乘以一个对所有加权系数都相同的...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴建军，董明科，项海格，梁庆林，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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