專利名稱：一種超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法，更具體地說，是涉及一種基
于壓縮Chirp脈沖生成超寬帶正交脈沖，并能有效抑制與WLAN干擾的方法，屬于 通4言纟支術領i或。
背景技術：
超寬帶無線電(Ultra WideBand, UWB)通信技術是一種與常規(guī)無線通信技術 (包括窄帶通信、常規(guī)擴頻通信)相比具有顯著差異的新興無線通信技術，近年 來受到了學術界和產業(yè)界的廣泛研究和關注。傳統(tǒng)冊B技術不使用載波電路而 通過發(fā)送納秒級脈沖來傳輸數(shù)據(jù)。FCC新規(guī)定-10dB相對帶寬超過20。/。，或-10dB 絕對帶寬超過500MHz就稱為超寬帶。
超寬帶無線電技術要與其他系統(tǒng)共享頻帶資源(UWB頻帶范圍在 3. 1-10. 6GHz),采用UWB通信技術不可避免地對現(xiàn)有窄帶通信系統(tǒng)產生干擾。 這也成為限制冊B通信系統(tǒng)進一步廣泛應用的主要原因之一。其中WLAN IEEE 802. lla工作在5. 15-5. 825GHz頻段，所以近年來UTO與WLAN之間的干擾抑制 受到了學術界和產業(yè)界的廣泛研究和關注。
成形脈沖設計應遵循的原則為1、頻譜利用率高；2、抑制干擾靈活；3、 多種正交脈沖；4、脈沖產生容易。傳統(tǒng)的高斯脈沖、升余弦脈沖、Hermitian 多項式脈沖等波形具有頻譜利用率低、不能保證波形之間的正交性等缺點；利 用小波函數(shù)產生脈沖波形，然后構造HermiUan矩陣，根據(jù)其特征向量和Gram-Schmit過程得到UWB正交成形脈沖，該方法解決了多址問題，^E無法靈活 抑制同頻干擾；疊加壓縮Chirp脈沖方法具有很高的頻譜利用率，而且可以靈 活抑制同頻千擾，但無法保證脈沖之間的正交性，因此無法支持多用戶同時工 作。能夠抑制與其他窄帶系統(tǒng)同頻干擾的方法， 一般要求子帶的劃分必須是均 勻的，難以抑制而B與WLAN的相互干擾，更無法滿足認知無線電自適應改變頻
帶的要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點和不足，采用疊加壓縮線性調頻信 號(Chirp)脈沖與脈沖正交化相結合的方式，提供一種抑制與WLAN干擾的UWB 正交脈沖實現(xiàn)方法。
本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的
抑制與WLAN干擾的UWB正交脈沖實現(xiàn)方法，含有如下步驟
(1 )利用壓縮Chirp脈沖產生UWB脈沖波形；
(2 )根據(jù)工作頻段調整脈沖進行疊加；
(3 )構造Hermitian矩陣，根據(jù)其特征向量得到UWB正交成形脈沖。 具體表述為利用聲表面波(SAW)器件產生線性調頻(Chirp)脈沖，經 過匹配濾波器后得到壓縮Chirp脈沖(子帶短時脈沖)。根據(jù)工作頻段要求，多 個子帶短時脈沖進行疊加得到UWB脈沖。對UWB脈沖進行抽樣量化構造 Hermitian矩陣，根據(jù)其特征向量得到UWB正交成形脈沖。 由于本發(fā)明采用了以上技術方案，故具有以下優(yōu)點
1、 本發(fā)明在冊B脈沖設計上具有較大的靈活性；
2、 脈沖功率諳密度更好地滿足UWB標準中的要求；3、 有效地提高頻譜利用率；
4、 脈沖具備較好的相關特性，實現(xiàn)正交化，有效提高系統(tǒng)容量；
5、 可以靈活地抑制與無線局域網(WLAN IEEE802. lla)等窄帶系統(tǒng)的同頻 干擾。


圖1為生成UWB正交成形脈沖的流程框圖； 圖2為UWB短時成形脈沖時域波形圖； 圖3為兩個正交冊B脈沖時域波形圖； 圖4為考慮FCC規(guī)定下兩個正交UWB脈沖功率譜密度圖； 圖5為兩個正交UWB脈沖的自相關和互相關時域波形圖； 圖6為考慮避免與WLAN干擾的UWB短時成形脈沖時域波形圖； 圖7為考慮避免與WLAN干護L的兩個正交UWB脈沖時域波形圖； 圖8為考慮避免與WLAN干擾的兩個正交UWB脈沖功率譜密度圖； 圖9為考慮避免與WLAN干擾的兩個正交UWB脈沖的自相關和互相關時域波 形圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一 步說明。 一種抑制與WLAN干擾的UWB正交脈沖實現(xiàn)方法，含有如下步驟
(1 )產生子帶短時脈沖步驟利用聲表面波(SAW)器件產生Chi卬脈沖， 經過匹配濾波器對脈沖壓縮到ns數(shù)量級；
(2)多個脈沖進行疊加得到UWB脈沖步驟選擇(1)中的短時脈沖進行 疊加，以滿足UWB標準規(guī)定的功率譜模版，并避開IEEE 802. lla工作頻段；(3)脈沖正交化步驟對(2)中得到的脈沖抽樣，構造赫米特(Hermitian) 矩陣，根據(jù)其特征向量得到UWB正交成形脈沖。
如圖1所示，利用SAW器件首先產生線形Chirp脈沖信號，可以表示為
s(f) = "(f) cos( 2《f + ;r//^2)
Jl |t|<T/2
其中"(t) = ^ 。therwise， T為脈沖寬度，/。為中心頻率，線性調頻斜
率〃為一常數(shù)。線性Chirp信號帶寬為B^I/^T。
線形Chirp信號通過一個匹配濾波器，并且此濾波器的沖擊響為與原信號
反向的Chirp信號，則其輸出的波形會具有尖銳的時域特性，以實現(xiàn)脈沖壓縮。
輸出信號為
sin{ ;r份(1 一 W)) ^(0 =洲*柳二 "2(OV^-^~~^~cos( 2;r/oO;
7T份
通過調整中心頻率/?？梢缘玫饺舾蓚€Chirp壓縮信號，由傅里葉變換的線 性特性，將其疊加即可得到寬頻的短時脈沖信號
N sin{ ;r說(1 - U)}
= "20)V^-^~cos( 2;r/J);
1rt ;r說
根據(jù)系統(tǒng)頻譜特性的要求，調整選擇參與疊加的壓縮信號的中心頻率f。子
帶個數(shù)N—band以及幅度因子"(t)，得到短時脈沖波形及其頻譜，并將頻譜與FCC
模板比較，調整f。 N_band、 "(t),直到滿足FCC的規(guī)定并且頻譜利用率最大，
具體參數(shù)為取脈沖釆樣點數(shù)M=133，壓縮Chirp脈沖持續(xù)時間T =2. 5ns ，
B=515MHz，劃分子帶數(shù)目N=20,當|t|<T/2時"(t產O. 167，最后得UWB成形脈沖
波形如圖2。設FCC給定的PSD模板對應頻率模板為H(f)，對應時域沖激響應為h(t)。假 設持續(xù)時間為Tm的UWB脈沖波形為p(t)，則p(t)經過沖激響應為h(t)的濾波器后， p(t)的頻域波形失真很小。即
Ap(f)，(f) H(f) 其中/l為衰減因子，且義越大，p(f)的失真越小。 對應時域表達式為
義p(t)=廠p(r)h(t — r)dr
J— oo
因為p(t)為有限時間長度信號，所以
^1 m Z ^
進行N點抽樣后
N/2 N N
義P[n卜Z^[m]h[n-m] n = —
m=—N/2 2 2
表示成矩陣形式為
前面用壓縮chirp脈沖方法產生符合FCC要求的模板，該模板抽樣后可以 直接替換H矩陣。無論是否考慮與WLAN的干擾，A(0為偶函數(shù)。抽樣形成的 實數(shù)矩陣H滿足HT =H ，即H為Herrait ian矩陣。因此H的所有特征值義均 為實數(shù)，各特征向量p為實向量，其完全正交。計算出的^可作為冊B的脈沖波 形，其中大的特征值對應特征向量失真小，所以特征值大的特征向量構成可供 選擇發(fā)射脈沖波形。
下面介紹應用此方法實現(xiàn)UWB脈沖的具體實施例。
根據(jù)圖l所示的流程圖，取脈沖采樣點數(shù)M-133，壓縮Chirp脈沖持續(xù)時間Ts=2. 5ns， B=515MHz,劃分子帶數(shù)目N—band=20,當|t|<T/2時a(t"O. 167,經過 選頻、線形疊加后產生的UWB短時脈沖時域波形如圖2所示。該脈沖構造67x67 的Hcrmitian矩陣H,取兩個最大特征值對應的特征向量ul, u2作為正交UWB脈 沖，脈沖持續(xù)時間為1. 3ns,時域波形如圖3。
ul、 u2對應的功率譜密度(PSD)如圖4所示，完全符合FCC Mask的要求， 而且具有很小的旁瓣。圖5為本方法得到的成形脈沖ul的自相關函數(shù)和ul與 u2的互相關函數(shù)。從圖5可見，在自相關函數(shù)取最大值，即檢測位置處，ul與 u2的互相關函數(shù)為0，兩脈沖完全正交，利于多用戶檢測。在理想條件下，應 用正交脈沖可以完全消除多用戶之間造成的干擾，使系統(tǒng)誤碼率(BER)得到有 效降低。
WLAN工作在5. 15-5. 825GHz,與UWB系統(tǒng)存在頻二潛的交疊。為了避免同頻 干擾，實現(xiàn)UWB與WLAN系統(tǒng)共存，可以使UWB靈活地避開這一頻段。
取脈沖采樣點數(shù)M=215,壓縮Chirp脈沖持續(xù)時間Ts=4. 2ns, g|t|<T/2時 《t)=0. 167,在3. 1-5. 15GHz頻段內，取B=515MHz，劃分子帶數(shù)目N_band=10; 在5. 825-10. 6GHz頻段內，取B-85畫Hz,劃分子帶H目N—band=22經過選頻、
線形疊加后產生的UWB短時脈沖時域波形如圖6所示。該脈沖構造109xl09的
Hermitian矩陣H，取兩個最大特征值對應的特4正向量ul、 u2作為正交UWB脈 沖，持續(xù)時間為2. Ins ，時i或波形如圖7。
ul、 u2對應的功率譜密度(PSD )如圖8所示，完全符合FCC Mask的要求， 而且具有很小的旁瓣。同時曲線在IEEE 802. 11a工作頻段處進行有效衰減，能 夠有效抑制與WLAN的干擾。圖9為本方法得到的成形脈沖ul的自相關函數(shù)和 ul與u2的互相關函數(shù)。從圖9可見，在自相關函數(shù)取最大值，互相關函數(shù)為0，兩脈沖完全正交。在理想條件下，應用正交脈沖可以完全消除多用戶之間造成
的干擾，使系統(tǒng)誤碼率(BER)得到有效降低。
為了舉例說明本發(fā)明的實現(xiàn)，描述了上述的具體實施例，但本發(fā)明的其它 變化和修改，對本領域技術人員是顯而易見的，在本發(fā)明所公開內容的實質和 基本原則范圍內的人和修改或效仿變換，都屬于本發(fā)明的權利保護范圍。
權利要求
1. 一種超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法，其特征在于包括如下步驟(1)利用壓縮Chirp脈沖產生UWB脈沖波形；(2)根據(jù)工作頻段調整脈沖進行疊加；(3)構造Hermitian矩陣，根據(jù)其特征向量得到UWB正交成形脈沖。
2、 根據(jù)權利要求1所述的超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法，其特征在于用 SAW產生Chirp脈沖，經過匹配濾波器壓縮得到子帶短時脈沖，多個子帶短時脈 沖進行疊加得到UWB脈沖。
3、 根據(jù)權利要求2所述的超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法，其特征在于(1) 產生子帶短時脈沖步驟利用聲表面波(SAW)器件產生Chirp脈沖， 經過匹配濾波器對脈沖壓縮到納秒級；(2) 多個子帶短時脈沖進行疊加得到UWB脈沖步驟選擇步驟(1)中的 短時脈沖進行疊加，以滿足UWB標準規(guī)定的功率譜模版，并避開IEEE 802. 11a 工作頻段；(3) 脈沖正交化步驟對步驟(2)中得到的UWB脈沖，構造赫米特 (Hermi tian)矩陣，根據(jù)其特征向量得到UWB正交成形脈沖。
4、 根據(jù)權利要求3所述的超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法，其特征在于多 個脈沖進行疊加生成具有特定頻率特性的脈沖信號。
5、 根據(jù)權利要求1或2所述的超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法，其特征在于 Chirp脈沖信號，可以表示為<formula>formula see original document page 3</formula>其中"(t) = f W<T/2 , T為脈沖寬度，/。為中心頻率，線性調頻斜率;/為
，。
6、 根據(jù)權利要求2所述的超寬帶正交成形脈沖實現(xiàn)方法，其特征在于 由傅里葉變換的線性特性，將若干個Chirp脈沖壓縮信號疊加即可得到寬頻的UWB脈沖信號為<formula>formula see original document page 3</formula>
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超寬帶正交成形脈沖設計方法，屬于通信領域。利用壓縮Chirp脈沖產生UWB脈沖波形，構造Hermitian矩陣，根據(jù)特征向量得到UWB正交成形脈沖。利用該方法產生的UWB正交成形脈沖，具有較大的設計靈活性，更好地滿足UWB標準中頻譜模板要求，優(yōu)良的頻譜利用率和較好的相關特性，能有效抑制與無線局域網(WLAN IEEE802.11a)的同頻干擾。
文檔編號H04B1/69GK101286752SQ20081011310
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權日2008年5月28日
發(fā)明者敏 張, 剛 朱, 翔 煙, 王九九 申請人:北京交通大學