專利名稱：超寬帶壓縮感知無(wú)線信道建模方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明基于壓縮感知(CS，Compressive knsing)理論，提出了超寬帶(UWB，Ultra Wide-Band)無(wú)線信道建模方法，屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
UWB技術(shù)是一種襯疊式使用頻譜資源的新型無(wú)線通信技術(shù)，其發(fā)送信號(hào)帶寬可高達(dá)數(shù)吉赫茲(GHz)。按照美國(guó)FCC與2002年頒布的UWB頻譜掩模規(guī)范，其絕對(duì)帶寬可達(dá) 7. 5Ghz0目前，IEEE針對(duì)UWB諸多應(yīng)用場(chǎng)景頒布了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其中包括高速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802. 15. 3和低速無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802. 15. 4，以及目前廣泛研究的用于醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的無(wú)線體域網(wǎng)(WBAN, Wireless Body Area Network)。2008年12月6日，為滿足社會(huì)各行業(yè)對(duì)短距離、高速率數(shù)據(jù)通信的應(yīng)用需求，提高頻率的利用率，中國(guó)無(wú)線電管理部門發(fā)布了《超寬帶(UWB)技術(shù)頻率使用規(guī)定》，為UWB技術(shù)劃分的可用頻段為6-9GHz和 4. 2-4. 8GHz (需要檢測(cè)干擾避讓(DAA)技術(shù)輔助)。由于UWB信號(hào)的極高帶寬，因而其時(shí)域信號(hào)具有極強(qiáng)的多徑分辨力，通過(guò)先進(jìn)的Rake接收技術(shù)充分利用多徑分量，在無(wú)線個(gè)域網(wǎng) (WPAN,Wireless Personal Local Network)中極具應(yīng)用潛力。另外，巨大帶寬致使UWB信號(hào)具備高精度定位與測(cè)距能力，在軍事領(lǐng)域也具有廣泛應(yīng)用場(chǎng)景，例如高分辨力雷達(dá)和穿墻成像系統(tǒng)。具有眾多技術(shù)優(yōu)勢(shì)的UWB技術(shù)被認(rèn)為是短距離無(wú)線通信技術(shù)的未來(lái)主流，而UWB 信道模型是評(píng)估各類UWB技術(shù)的基礎(chǔ)。信道建模是UWB技術(shù)研究的基礎(chǔ)工作，可以為各類 UffB技術(shù)提案提供一個(gè)公平的評(píng)測(cè)工具，UffB系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測(cè)試和改進(jìn)都依賴于對(duì)信道的理解。在研究UWB與其它無(wú)線通信系統(tǒng)兼容性時(shí)，UWB信道也是影響兼容性分析的主要因素之一，決定著UWB系統(tǒng)的鏈路預(yù)算。在UWB技術(shù)的研究領(lǐng)域，所使用的通信系統(tǒng)的天線、接收機(jī)的設(shè)計(jì)與分析、通信系統(tǒng)仿真等都需要一個(gè)準(zhǔn)確且通用的信道模型。UffB的信道建?？梢苑譃閮煞N類型統(tǒng)計(jì)式模型(Statistical Model)和確定式 (Deterministic Model)模型。由于確定式信道模型需要墻體、各種障礙物的特性參數(shù)來(lái)設(shè)定電波傳播過(guò)程的環(huán)境參數(shù)，因此UWB信道更多采用統(tǒng)計(jì)式信道模型來(lái)表示。統(tǒng)計(jì)式信道模型是對(duì)信號(hào)無(wú)線傳播環(huán)境統(tǒng)計(jì)特性的描述，往往通過(guò)結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析和實(shí)驗(yàn)方法而得到， IEEE 802. 15. 3a 和 IEEE 802. 15. 4a 信道模型都是基于 Saleh-Valenzuela(S-V)分簇的修正S-V模型，如IEEE 802. 15. 4a信道模型可表示為
權(quán)利要求
1.一種超寬帶壓縮感知無(wú)線信道建模實(shí)現(xiàn)方法，包括利用頻域加窗方式截取目標(biāo)頻段操作來(lái)獲得信道測(cè)量數(shù)據(jù)；基于壓縮感知的UWB信道頻域測(cè)量數(shù)據(jù)處理操作，用于估計(jì)離散信道響應(yīng)；以及建立CS的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)與UWB信道平均多徑個(gè)數(shù)關(guān)系模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用頻域加窗方式截取目標(biāo)頻段操作來(lái)獲得信道測(cè)量數(shù)據(jù)包括在UWB信道頻域測(cè)量方式下，實(shí)際測(cè)量頻段大于目標(biāo)頻段，將窗函數(shù)的過(guò)渡帶設(shè)計(jì)在目標(biāo)頻段之外，窗函數(shù)在目標(biāo)頻段內(nèi)的幅度頻率特性為平坦直線， 在目標(biāo)頻段外的過(guò)渡帶為光滑曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于壓縮感知的UWB頻域測(cè)量數(shù)據(jù)處理操作包括利用頻域窗函數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)域窗脈沖構(gòu)造參數(shù)化波形字典，增強(qiáng)時(shí)域測(cè)量信號(hào)的稀疏表達(dá)，利用壓縮感知對(duì)時(shí)域測(cè)量信號(hào)進(jìn)行解卷積，得到離散信道響應(yīng)估計(jì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用頻域窗函數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)域窗脈沖構(gòu)造參數(shù)化波形字典包括將窗脈沖按照等間隔的方式排列，并由排列間隔參數(shù)決定壓縮感知解卷積結(jié)果的多徑最小間隔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述增強(qiáng)時(shí)域測(cè)量信號(hào)的稀疏表達(dá)，利用壓縮感知解卷積得到離散信道響應(yīng)估計(jì)包括將頻域信道測(cè)量信號(hào)對(duì)應(yīng)的時(shí)域測(cè)量信號(hào)表示為時(shí)域窗脈沖與離散信道響應(yīng)的卷積形式，采用貪婪追蹤算法作為壓縮感知的重構(gòu)算法，使壓縮感知在信號(hào)重構(gòu)的同時(shí)完成解卷積，得到離散信道響應(yīng)估計(jì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立壓縮感知的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)與UWB信道平均多徑個(gè)數(shù)的關(guān)系模型包括對(duì)信道實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)按照?qǐng)鼍邦愋?、是否視距、測(cè)量距離范圍等因素進(jìn)行分類，對(duì)時(shí)域測(cè)量信號(hào)利用壓縮感知進(jìn)行重構(gòu)，不斷改變CS的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)，記錄該觀測(cè)點(diǎn)數(shù)下的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)重構(gòu)概率，得到多組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的CS觀測(cè)點(diǎn)數(shù)與重構(gòu)概率對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，每一條曲線都對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分組的平均多徑個(gè)數(shù)，得到CS的觀測(cè)點(diǎn)數(shù)與UWB信道平均多徑個(gè)數(shù)關(guān)系模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超寬帶壓縮感知頻域信道測(cè)量數(shù)據(jù)處理方法，屬于通信領(lǐng)域。包括對(duì)于頻域測(cè)量方式下的UWB信道測(cè)量數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)窗函數(shù)截取目標(biāo)頻段的信道測(cè)量數(shù)據(jù)；將窗函數(shù)對(duì)應(yīng)的時(shí)域脈沖作為先驗(yàn)信息構(gòu)建超完備的波形字典，使時(shí)域信道測(cè)量信號(hào)具有更稀疏的表示；將貪婪追蹤算法作為壓縮感知的重構(gòu)算法，通過(guò)對(duì)時(shí)域信道測(cè)量信號(hào)的重構(gòu)，完成信號(hào)的解卷積，在不降低解卷積準(zhǔn)確性的前提下，降低測(cè)量設(shè)備的采樣率。本發(fā)明還公開一種UWB壓縮感知多徑信道模型建模方法，利用在壓縮感知理論中一組信道測(cè)量數(shù)據(jù)的成功重構(gòu)概率與觀測(cè)樣本數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系特性，以及成功重構(gòu)概率受限于信道平均多徑個(gè)數(shù)特性，建立觀測(cè)樣本數(shù)與信道平均多徑個(gè)數(shù)的關(guān)系模型。
文檔編號(hào)H04W16/22GK102421105SQ201210007930
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者周正, 李德建, 李斌, 蔣挺 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)