一种基于低采样位数的抗多径制造技术

本发明专利技术提出一种基于低采样位数的抗多径

【技术实现步骤摘要】
一种基于低采样位数的抗多径IR
‑
UWB频偏估计方法


[0001]本专利技术涉及
IR
‑
UWB

，特别是指一种在低采样位数下
IR
‑
UWB
频偏估计方法
。

技术介绍

[0002]脉冲超宽带
(IR
‑
UWB
，
Impulse Radio
‑
UltraWideband)
技术利用纳秒级的极窄脉冲信号传输数据，有着很高的时间分辨率，具有良好的抗多径能力，能够实现精确的测距和定位
。
然而时钟频率偏移存在于时钟相互独立的终端与基站之间，是影响
IR
‑
UWB
定位精度的重要因素，因此需要对其进行估计和校正
。
[0003]当前
IR
‑
UWB
系统中的频偏估计通常采用的一种方法是提取两次测距时间戳信息，将到达时间差与发送信号的时间间隔之比作为频偏估值，但噪声和多径干扰会严重影响到达时间的估计
。
另一种方法是使用本地匹配模板进行相关处理获得相位差，但本地模板不适用于复杂的多径环境，且高采样位数严重消耗硬件资源，无法满足高实时性系统需要
。
[0004]因此，需要提出一种抗多径的低复杂度频偏估计方法，解决上述方法存在的问题
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提出一种基于低采样位数的抗多径r/>IR
‑
UWB
频偏估计方法，通过降低采样位数节省硬件资源，提高算法实时性；使用实时采集的匹配滤波模板提升复杂多径环境下的抗多径性能；采用贝叶斯估计提升频偏估计精度
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种基于低采样位数的抗多径
IR
‑
UWB
频偏估计方法，包括如下步骤：
[0008](1)
将接收信号与接收端本振混频，进行下变频和低通滤波处理，采用恒虚警概率的方法选择阈值对接收信号进行
1.5bit
采样；
[0009](2)
截取接收信号前导符号序列第一个符号周期部分作为匹配滤波模板并进行匹配滤波，匹配滤波输出结果会出现周期性的带有相位偏移的相关峰；
[0010](3)
提取匹配滤波输出结果的相关峰值，峰值个数为前导符号个数，得到相关峰值序列
[corr(0)
，
corr(1)
，
corr(2)
，
…
，
corr(num
sync
‑
1)]；
[0011]其中，
num
sync
为前导码
SYNC
的符号数；
[0012](4)
将相关峰值归一化并保留幅角信息，求取相位值并解模糊，获得相位序列，并采用下式求得频偏序列
[0013][0014]其中，
f
为频率偏移真实值，
d∈{0
，1，
…
，
num
sync
}
，
T
s
为采样间隔，为频率偏移误差；
[0015](5)
采用贝叶斯估计对频偏序列进行迭代并纠正，得到频偏估计值：
[0016][0017]其中，
arg max
表示概率最大时取得的频偏值，为条件概率；
[0018](6)
产生与估计频偏对应的正余弦波，对接收端本振进行校正
。
[0019]进一步地，采用恒虚警概率的方法选择阈值对接收信号进行
1.5bit
采样，采样后信号只包含
{
‑1，0，
1}
三种符号，采样后离散信号表示为：
[0020][0021]其中，
B
ik
∈{0
，
±
1}
，
w(n
‑
τ
l
)
为接收信号波形，为多径信道脉冲响应，
t0为信号到达时间，
α
l
、
τ
l
分别为多径衰落系数和多径时延，
L、l
分别为多径数和多径数编号，为载波初始相位，
Δ
f
为频率偏移量，
T
s
为采样间隔时间，
T
p
为码片时间间隔，
ξ
(n)
为加性高斯白噪声，
c
k
为
PN
码序列编号，
c
k
∈{0
，1，
…
，
K}
，
K
为前导符号个数
。
[0022]进一步地，截取接收信号前导符号序列第一个符号周期部分作为匹配滤波模板，具体方式为：
[0023](1)
设置阈值判断第一个前导符号的到达时间；
[0024](2)
采用
1.5bit
采样，在信号到达时刻截取第一个符号周期的采样信号；截取长度大于符号周期；
[0025](3)
在下一个测距信号到来后重复上述操作，产生
1.5bit
的低位数实时动态匹配模板
。
[0026]进一步地，采用贝叶斯估计对频偏序列进行迭代并纠正，得到最终频偏估计值，具体方式为：
[0027]设频偏
f
为随机变量，频偏估计序列其中，为相位噪声方差，
d
为前导符号编号，以频偏估计序列中的概率分布函数作为初始先验信息：
[0028][0029]此时，作为观测量进行第一次最大后验概率估计；正态均值的共轭先验分布是正态分布，得到后验分布：
[0030][0031]其期望
f2和方差分别为：
[0032][0033][0034]由此，得到频偏估计值
[0035][0036]然后，将作为下一次迭代的先验分布，作为观测量进行最大后验概率估计，得到后验分布迭代
num
sync
‑2次，得到最终后验分布：
[0037][0038]其期望
f
d
和方差分别为：
[0039][0040][0041]在最大后验概率情况下，计算得到频偏估计值
[0042][0043]其中，为条件概率
。
[0044]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0045](1)
具有良好的抗多径能力
。
本专利技术提取接收信号前导符号的第一周期作为匹配滤波模板，在复杂多径环境下具有更高的相干增益
。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于低采样位数的抗多径
IR
‑
UWB
频偏估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)
将接收信号与接收端本振混频，进行下变频和低通滤波处理，采用恒虚警概率的方法选择阈值对接收信号进行
1.5bit
采样；
(2)
截取接收信号前导符号序列第一个符号周期部分作为匹配滤波模板并进行匹配滤波，匹配滤波输出结果会出现周期性的带有相位偏移的相关峰；
(3)
提取匹配滤波输出结果的相关峰值，峰值个数为前导符号个数，得到相关峰值序列
[corr(0)
，
corr(1)
，
corr(2)
，
…
，
corr(num
sync
‑
1)]
；其中，
num
sync
为前导码
SYNC
的符号数；
(4)
将相关峰值归一化并保留幅角信息，求取相位值并解模糊，获得相位序列，并采用下式求得频偏序列下式求得频偏序列其中，
f
为频率偏移真实值，
d∈{0
，1，
…
，
num
sync
}
，
T
s
为采样间隔，为频率偏移误差；
(5)
采用贝叶斯估计对频偏序列进行迭代并纠正，得到频偏估计值：其中，
arg max
表示概率最大时取得的频偏值，为条件概率；
(6)
产生与估计频偏对应的正余弦波，对接收端本振进行校正
。2.
根据权利要求1所述的一种基于低采样位数的抗多径
IR
‑
UWB
频偏估计方法，其特征在于，采用恒虚警概率的方法选择阈值对接收信号进行
1.5bit
采样，采样后信号只包含
{
‑1，0，
1}
三种符号，采样后离散信号表示为：其中，
B
ik
∈{0
，
±
1}
，
w(n
‑
τ
l
)
为接收信号波形，为多径信道脉冲响应，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：田润泽，蔚保国，赵军，鲍亚川，苏润佳，杨梦焕，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：