提高非相干超寬帶接收機能量捕獲效率的信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超寬帶無線通信技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種提高非相干超寬帶接收機能量捕 獲效率的信號處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展、融合，超寬帶(叫tra-wideband，UWB)技術(shù)W低 成本、低功耗及良好的時域分辨能力等特點成為一種短距離無線通信解決方案。IEEE 802.15.4a標準采用基于脈沖無線電（Impulse radio，IR)制式的UWB方案。IR-UWB系統(tǒng)具備 精確的定位性能，然而其仍然面臨低成本、低功耗等現(xiàn)實要求的巨大挑戰(zhàn)。因此，在低碼率 場合，更多地是采用復(fù)雜度較低、對采樣速率要求不高且不需要信道估計的非相干接收機。 目前用于非相干超寬帶系統(tǒng)的流行檢測技術(shù)為能量檢測器化nergy detector,ED)和自相 關(guān)接收機(Autocorrelation receiver，AcR)。兩者都具有結(jié)構(gòu)簡單、無需精確同步及信道 估計、性能穩(wěn)健的特點。
[0003] 其中，能量檢測通常與脈沖位置調(diào)制（Pulse Positon Modulation,PPM)結(jié)合使 用，從而成為一類經(jīng)典、實用的非相干超寬帶接收機；自相關(guān)接收機常用于傳輸參考 (Transmitter Reference ,TR)超寬帶系統(tǒng)。為了避免多徑傳播造成的干擾（Inter-pulse IntederenceJPI)，傳統(tǒng)的TR-UWB系統(tǒng)在自相關(guān)接收時需要過長的延遲線來隔離參考脈 沖和數(shù)據(jù)脈沖，W當(dāng)前的工藝水平難W實現(xiàn)。
[0004] 傳輸參考脈沖簇（Transmitter Reference pulse cluster,TRPC)信號結(jié)構(gòu)的提 出有效地解決了 TR-UWB系統(tǒng)延遲線過長的問題。TRPC信號具有更加緊湊的脈沖排列結(jié)構(gòu)， 同時W更高的能量效率來補償IPI的影響，運樣使得延遲線大為縮短。近年來，TRPC-UWB系 統(tǒng)已成為一種頗具潛力的非相關(guān)超寬帶系統(tǒng)。
[0005] 為了進一步提高系統(tǒng)性能，有人提出了一種改進的TRPC信號結(jié)構(gòu)下簡稱I-TRPC)。但是該系統(tǒng)在自相關(guān)接收時沒有考慮多徑信道延遲，因此在密集多徑信道，特別是 延遲較大的非視距多徑傳播環(huán)境下，無法獲得滿意的能量捕獲效率，從而造成系統(tǒng)誤碼性 能的惡化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種提高非相干超寬帶接收 機能量捕獲效率的信號處理方法，該方法能夠有效的改善超寬帶通信系統(tǒng)的誤碼性能。
[0007] 為達到上述目的，本發(fā)明所述的提高非相干超寬帶接收機能量捕獲效率的信號處 理方法包括W下步驟：
[000引1)根據(jù)原始數(shù)據(jù)符號建立參考脈沖簇RPCS及數(shù)據(jù)脈沖簇DPCS，再給參考脈沖簇 RPCS中各參考脈沖RPC及數(shù)據(jù)脈沖簇DPCS中各數(shù)據(jù)脈沖DPC后添加零脈沖，其中，參考脈沖 RPC和數(shù)據(jù)脈沖DPC在一個符號周期Ts內(nèi)交替重復(fù)發(fā)送，得到發(fā)射端發(fā)出的I-TRPC信號S (t);
[0009] 2)所述I-TRPC信號s(t)被發(fā)射端發(fā)送后經(jīng)UWB信道到達接收端并通過低通濾波器 進行低通濾波；
[0010] 3)接收端對低通濾波后的接收信號進行自相關(guān)接收，得判決變量D(i);
[0011] 4)根據(jù)所述判斷變量D(i)采用自適應(yīng)判決口限進行判決，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)符號。
[0012] 參考脈沖RPC及數(shù)據(jù)脈沖DPC均由至少兩個連續(xù)的延遲為Td的理想脈沖組成。
[0013] 所述發(fā)射端發(fā)出的I-TRPC信號s(t)的表達式為：
[0017] 其中，g(t)為延遲為Tr的參考脈沖和數(shù)據(jù)脈沖的復(fù)合脈沖簇，p(t)為有延遲Τρ的正 常脈沖，參考脈沖RPC和數(shù)據(jù)脈沖DPC中的每一個正常脈沖之間的延遲均為Td，每一個參考 脈沖RPC和數(shù)據(jù)脈沖DPC的延遲Tr=(Np+Nz)Td，Np和Nz為每一個參考脈沖RPC或數(shù)據(jù)脈沖DPC 內(nèi)脈沖的個數(shù)和對應(yīng)的零脈沖的個數(shù)，Eb為每一個符號的平均能量，dm為m個發(fā)射符號，其 中，dmE {-1，1}，化為每個符號中參考脈沖RPC和數(shù)據(jù)脈沖DPC重復(fù)的次數(shù)，Ts為每個符號延 遲的時間。
[0018] 所述接收端接收到的信號為r(t)，其中
[0019] r(t)=s(t)*h(t)+n(t) (5)
[0020] 其中，*代表線性卷積，n(t)代表加性高斯白噪聲，h(t)為多徑信道沖激響應(yīng)，
，Κ為可識別的路徑數(shù)，ak和Tk分別為第K路多徑分量的復(fù)衰落系數(shù) 和到達延時，Ts > 2化TrWmax，Tmax為信道的最大多徑延時。
[0021] 判決變量D(i)的表達式為：
[0022]
[0023] 其中，Τι = Td+Ti，T2 = (2化-1 )Td+化+Τρ，Τι和化分別為改進后的自相關(guān)積分的起始 點和結(jié)束點，Tr為每個參考脈沖RPC或數(shù)據(jù)脈沖DPC延遲的時間。
[0024] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0025] 本發(fā)明所述的提高非相干超寬帶接收機能量捕獲效率的信號處理方法在處理過 程中，在接收端進行自相關(guān)接收時考慮信道延遲改善積分區(qū)間得判決變量D(i )，并通過自 適應(yīng)判決口限進行判決，從而改善非相干超寬帶通信系統(tǒng)的誤碼性能。相比現(xiàn)有的TRPC系 統(tǒng)與I-TRPC系統(tǒng)，本發(fā)明得到的F-iTRPC系統(tǒng)在誤碼性能方面能夠得到明顯改善。另外，本 發(fā)明能夠推廣至化PM-UWB系統(tǒng)，NC-PPM系統(tǒng)不需要闊值判決，只進行能量積分區(qū)間的優(yōu)化， 也可得到類似的效果。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)模型；
[0027] 圖2為1-了1??(：系統(tǒng)與。-口1??(：系統(tǒng)^及原始的了1??(：系統(tǒng)在^邸802.15.4曰信道模型 1環(huán)境下分別采用零闊值判決和自適應(yīng)判決的誤碼性能對比圖；
[0028] 圖3為1-了1??(：系統(tǒng)與。-口1??(：系統(tǒng)^及原始的了1??(：系統(tǒng)在^邸802.15.4曰信道模型 2環(huán)境下分別采用零闊值判決和自適應(yīng)判決的誤碼性能對比圖；
[00巧]圖4為1-了1??(：系統(tǒng)與。-口1??(：系統(tǒng)^及原始的了1??(：系統(tǒng)在^邸802.15.4曰信道模型 8環(huán)境下分別采用零闊值判決和自適應(yīng)判決的誤碼性能對比圖；
[0030] 圖5為I-NCPPM系統(tǒng)與F-iNCPPM系統(tǒng)W及原始的NC-PPM系統(tǒng)在IE邸802.15.4a信道 模型1環(huán)境下的誤碼性能對比圖；
[0031] 圖6為I-NCPPM系統(tǒng)與F-iNCPPM系統(tǒng)W及原始的NC-PPM系統(tǒng)在IE邸802.15.4a信道 模型2環(huán)境下的誤碼性能對比圖；
[0032] 圖7為I-NCPPM系統(tǒng)與F-iNCPPM系統(tǒng)W及原始的NC-PPM系統(tǒng)在IE邸802.15.4a信道 模型8環(huán)境下的誤碼性能對比圖；
[0033] 圖8為本發(fā)明流程框圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細