一种基于压缩感知的高分辨率信号到达时间估计方法技术

一种基于压缩感知的高分辨率信号到达时间估计方法，属于无线通信技术领域。本发明专利技术通过对信道冲激响应的高分辨率估计，在信道冲激响应估计值的基础上，采取一种基于信号总能量的判决方法来确定最短时延路径，进而给出TOA的估计值。在对信道冲激响应的高分辨率估计过程中，对系统模型中的观测矩阵进行处理，使其满足基于压缩感知恢复稀疏信号的条件，然后利用压缩感知的重构方法进行信道冲激响应估计。本发明专利技术具有更高的分辨率和更强的抗噪性能，判断最短时延路径的准确度也较高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信
,具体涉及到基于压缩感知(Compressed Sensing,CS)的高分辨率信号到达时间(Time Of Arrival，Τ0Α)估计方法。
技术介绍
随着无线智能终端的普及和处理能力的提高，基于位置的服务(LBS =1cationbased service)越来越受到无线运营商和服务提供商的关注。因此,定位技术已成为信号处理研究中的一个热点问题。除了传统的导航功能外，位置信息可以集成到通信设备中，从而使通信系统可以更加有效地分配频谱资源。目前的定位技术大体可分为两类:一种是基于距离的定位方法，另一种是基于其他信息，如接收功率的定位方法。对于后者，需要事先得到接收信号强度指不图(Received Signal Strength Indication map, RSSI map),而RSSI map的构建需要花费大量的人力。基于距离的定位方法通过测量目标位置到已知位置的距离来实现定位，因而不需要任何先验的位置信息。距离的测量可以归结为一个多径环境下的信道估计的问题，如传统的基于扩频系统的相关峰检测法。在实际中，由于带宽的限制，对时延的估计只能精确到码片(chip)级。即间隔低于I个chip持续时间的两路接收信号将无法分辨，导致这类方法的精确度较低。例如，对于1.2288MCPS的扩频系统，混淆间隔为l/4chip的两条径将导致61m的误差。还有一类运用在阵列信号处理中的信号处理方法，通过处理相关函数以检测出最早到达的信号路径。这类方法运用信号处理的方法达到准确估计信道时延的效果，又被称为超分辨率(Super Resolution)算法，如 MUSIC(MUltip Signal Classification)和 ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Technique)。这类方法将时域的时延估计转化为频域的频率估计，其分辨率不依赖于带宽。然而其运算量通常较大，且需要预知信 号到达的大概时间。 近年来提出的压缩感知理论指出，可以通过少量的经噪声污染的采样点将原信号恢复出来，这为准确的TOA估计提供了新的可能。具体地，假设试图以η个观测值来恢复一个P维的信号y，即y=XP +z,其中X是一个nXp矩阵；β e Rp是要估计的对象,其p个样值中至多有S个为非O值；噪声向量的样值~是1.(1.d.N(0，σ2)。对于此问题，Candes等人提出了一种称为Dantzig Selector (DS)的恢复方法,具体如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于压缩感知的高分辨率信号到达时间估计方法，包括以下步骤：步骤1：发送端发送周期性的扩频信号s(t)，则周期单元内的扩频信号s(t)可表示为其中Ec和Tc分别是扩频序列中一个码片的能量和周期，c[n]∈{?1,1}是扩频序列的第n个码片，N是扩频序列的长度，ω(t)是基带发送波形；由于发送发和接收方在低速运动的场景中，可以认为多径信道仅具有频率选择性，而不随时间改变，则接收信号r(t)可表示为r(t)=Σp=1Pαps(t-τp)+n(t)其中αp和τp分别为第p条传输路径上信号的衰减和时延，n(t)是高斯白噪声；步骤2：接收端对周期单元内的发送信号s0(t)进行M倍的过采样得到离散的参考信号x[n]，记为x[n]={x1,x2，…,xK}，其中K=M·N；步骤3：接收端对接收信号r(t)进行采样频率fs=M/Tc的过采样，得到离散的接收信号r[n]；r[n]可看做是s(t)经fs采样得到的信号s[n]与采样间隔为Tc/M的信道冲激响应h[n]的卷积，即r[n]=Σl=0L-1s[n-l]·h[l]+n[n]在r[n]中截取长度为K=M·N的一个周期段，记为y[n]，则y[n]可表示成y[n]=X·h+n[n]其中为步骤2所得参考信号x[n]向量所确定的循环矩阵；步骤4：构造矩阵Σ?1U，其中U为K阶离散傅里叶变换（DFT）矩阵，Σ?1为对角矩阵Σ=UXUH的逆矩阵，UH表示U的共轭转置矩阵；步骤5：对步骤3所得的向量y[n]左乘矩阵Σ?1U，得到y“[n]=Σ?1U·y[n]=Uh+Σ?1U·n[n]步骤6：将Σ?1的对角线元素组成的向量记为b，则由b可确定子下标集J={i∈G||b(i)≤1}其中G={1,2,…,K}为总下标集；步骤7：把下标集J所对应的y“[n]中的元素所组成的向量记为y“|J|，J对应U的相应行所组成的子矩阵记为U|J|；通过压缩感知的重构方法求解以下的稀疏方程：y“|J|=U|J|h+n“|J|步骤8：设步骤7由压缩感知的重构方法求解得到信道冲激响应h的估计值为通过以下步骤确定信号到达时间TOA的值：步骤8?1：将中的元素根据绝对值从大到小排列，得到向量步骤8?2：找出满足下式最小的qΣi=1q||h^D(i)||2≥0.95Σi=1K||h^(i)||2其中||·||2表示向量“·”的模二范数；步骤8?3：保留中绝对值最大的q个元素，其余的置为0，得到的向量记为设中第一个非0元素下标为λ，则信号到达时间TOA的估计值为λ/fs。FDA00002966590700011.jpg,FDA00002966590700014.jpg,FDA00002966590700021.jpg,FDA00002966590700022.jpg,FDA00002966590700027.jpg,FDA00002966590700024.jpg,FDA00002966590700025.jpg,FDA00002966590700026.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的高分辨率信号到达时间估计方法，包括以下步骤: 步骤1:发送端发送周期性的扩频信号S (t)，则周期单元内的扩频信号S (t)可表示为2....

【专利技术属性】
技术研发人员：熊文汇，刘畅，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：