专利名称：基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法
技术领域：
本发明涉及一种脉冲超宽带信号检测方法，尤其涉及一种基于压缩采样的脉冲超 宽带信号检测方法。
背景技术：
在以IR-UWB(Impulse Radio-Ultra WideBand，脉冲超宽带，简称“IR-UWB”)为物 理层技术的短距无线通信应用中，“导频辅助+BPM调制”这种信令方式是使用得最为普遍 的。传统的IR-UWB信号接收方案中，全分辨率数字接收机、模拟相关接收机、Rake接收机 等均可用作此种信令方式的符号检测，分别简述如下全分辨率数字相关接收对接收信号进行Nyquist或更高速率的采样，依据导频脉冲接收信号的采样序列 获得一个相关模板(可以使用MLSE、或GML CLEAN等算法获得干净模板，也可使用多个脉冲 接收序列的时间平均作为含噪模板)，然后与数据脉冲接收信号的采样序列进行相关运算， 相关输出作为符号判决统计量。模拟相关接收直接使用导频脉冲的接收波形作为后续数据脉冲接收信号的模拟相关模板，相关 输出的采样用于符号判决，所需采样速率为帧速率，相对Nyqusit速率已经极大减小，但模 板信号是含噪的，所以性能上相对理想模板有损失；如果使用多个导频脉冲接收波形的时 间平均波形作为模板，则所获得的性能与全分辨率数字接收中使用采样序列的时间平均作 为模板时接近。Rake 接收使用多个相关支路匹配接收信号中的多径成分，各支路收集的信号能量和用作符 号判决量，所需采样速率亦为帧速率，但性能严重依赖于信道估计的精确程度，支路数量足 够多时，与模拟相关接收的性能接近。上述几种信号检测方法均存在实际实现困难的问题。全分辨率数字相关接收需要 Nyquist采样速率，这对于带宽极宽的IR-UWB信号来说，以现有硬件水平基本上不可能“低 功耗、低造价”实现；模拟相关接收需要较长的宽带模拟延迟线，硬件实现亦非常困难；Rake 接收所需的精确信道估计以较大的导频开销为代价，且需要Rake支路数量足够多、各支路 定时控制足够精确，硬件复杂度很高。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法， 克服现有技术中，硬件复杂、要求高采样速率以及精确需要精确信道估计的技术问题。本发明的技术方案是提供一种基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法，包括 脉冲超宽带信号压缩采样接收系统，所述脉冲超宽带信号压缩采样接收系统包括对所述脉 冲超宽带信号分多个通道进行采样的多通道并行采样单元，分别向所述多通道采样单元的各通道发送测量波形的测量波形发生器，接收经过所述多通道采样单元采样的测量值的数 字后端接收处理组件，各通道分别根据所述测量波形发生器产生的测量波形对所述脉冲超 宽带信号进行线性投影，包括如下步骤获取导频符号接收信号的压缩采样序列通过对连续的多帧接收信号的压缩测 量，获取导频符号接收信号的采样序列，作为后续相关检测的模板序列；获取数据符号接收信号的压缩采样序列通过对连续的多帧接收信号的压缩测 量，获取数据符号接收信号的压缩采样序列，作为后续相关检测的待相关序列；获取符号判决通过相关检测，获得符号判决，即检测结果；本发明的进一步技术方案是设所用导频符号数为Np，各符号使用的脉冲重复发 送次数为Nf，符号判决所需的M个测量值分摊到对连续的D帧信号的测量之上，令Nd = Nf/ D，则一共有NpNd批压缩测量序列，第η批序列=[η]，其中Φ为对应的 压缩测量矩阵，rprJ是一个脉冲的接收信号落在压缩投影范围内的虚拟采样序列，w [η]是接 收信号中的噪声的虚拟采样序列。本发明的进一步技术方案是还包括反馈回路，所述反馈回路将所述数字后端处 理组件的处理结果部分反馈至所述测量波形发生器，测量波形发生器依据反馈信息产生新 的测量波形，后续相关检测的模板序列的获取、以及待相关序列的获取，均使用新产生测量 波形得到。。本发明的进一步技术方案是对于有反馈回路的情况，在获取导频符号接收信号 的压缩采样序列步骤中，导频符号接收信号分为第一部分和第二部分，包括如下步骤获得第一部分导频符号接收信号的压缩采样序列发射端发送&个导频符号，用 完全随机的测量矩阵Φ对相应的接收信号进行压缩测量，共有&凡批压缩测量值，第η批 序列记为
权利要求
一种基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法，其特征在于，包括脉冲超宽带信号压缩采样接收系统，所述脉冲超宽带信号压缩采样接收系统包括对所述脉冲超宽带信号分多个通道进行采样的多通道并行采样单元，分别向所述多通道采样单元的各通道发送测量波形的测量波形发生器，接收经过所述多通道采样单元采样的测量值的数字后端处理组件，各通道分别根据所述测量波形发生器产生的测量波形对所述脉冲超宽带信号进行线性投影，包括如下步骤获取导频符号接收信号的压缩采样序列通过对连续的多帧接收信号的压缩测量，获取导频符号接收信号的采样序列，作为后续相关检测的模板序列；获取数据符号接收信号的压缩采样序列通过对连续的多帧接收信号的压缩测量，获取数据符号接收信号的压缩采样序列，作为后续相关检测的待相关序列；获取符号判决通过相关检测，获得符号判决；
2.根据权利要求1所述的基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法，其特征在于，设 所用导频符号数为Np，各符号使用的脉冲重复发送次数为Nf，符号判决所需的M个测量值分 摊到对连续的D帧信号的测量之上，令Nd = Nf/D,则一共有NpNd批压缩测量序列，第η批序 列为yp[n] = Φι·ρ .+ Φ%[η]，其中Φ为对应的压缩测量矩阵，rm.是一个脉冲的接收信号 落在压缩投影范围内的虚拟采样序列，w[η]是接收信号中的噪声的虚拟采样序列。
3.根据权利要求1所述的基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法，其特征在于，还 包括反馈回路，所述反馈回路将所述数字后端处理组件的处理结果部分反馈至所述测量波 形发生器，测量波形发生器依据反馈信息产生新的测量波形，后续相关检测的模板序列的 获取、以及待相关序列的获取，均使用新产生测量波形得到。
4.根据权利要求3所述的基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法，其特征在于，对 于有反馈回路的情况，在获取导频符号接收信号的压缩采样序列步骤中，导频符号接收信 号分为第一部分和第二部分，包括如下步骤获得第一部分导频符号接收信号的压缩采样序列发射端发送 个导频符号，用完全 随机的测量矩阵Φ对相应的接收信号进行压缩测量，共有 ,仏批压缩测量值，第η批序列 记为["] = Φ。，其中^1W是此部分导频符号接收信号中噪声的虚拟采样序列。获得子空间估计采用第一部分导频符号接收信号的压缩采样序列对信号子空间H进 行估计。获得第二部分导频符号接收信号的子空间压缩采样序列数字后端处理组件在得到 信号子空间H的估计之后，将其反馈给测量波形发生器，测量波形发生器按照获得的信号 子空间估计信息产生新的测量波形，即，S-GpT//)"//1·，其中G为随机矩阵，对导频符号 中剩余的义&个的接收信号进行压缩测量，可获得共 2礼批压缩测量序列，记为 ^2M = ^p. + Owp2[η] ’其中M是此部分导频符号接收信号中噪声的虚拟采样序列，yPi[η] 的平均序列\将作为之后的相关检测的模板序列。
5.根据权利要求4所述基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法，其特征在于，在获 得子空间估计步骤中，采用第一部分导频符号接收信号的压缩采样序列进行信号子空间估 计，包括如下步骤以子空间的压缩采样序列初始化字典矩阵V = Φ Ψ (Vi表示矩阵V的第i列)、测量残差％ =^、估计结果L =[]及迭代次数t = 1 ；获取与残差最匹配原子的序号从字典矩阵中寻找与残差最匹配原子的序号，
全文摘要
本发明涉及一种基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法，包括脉冲超宽带信号压缩采样接收系统，所述脉冲超宽带信号压缩采样接收系统包括对所述脉冲超宽带信号分多个通道进行采样的多通道并行采样单元，分别向所述多通道采样单元的各通道发送测量波形的测量波形发生器，接收经过所述多通道采样单元采样的测量值的数字后端处理组件，各通道分别根据所述测量波形发生器产生的测量波形对所述脉冲超宽带信号进行线性投影，包括如下步骤获取导频符号接收信号的压缩采样序列、获取数据符号接收信号的压缩采样序列、获取符号判决。本发明基于压缩采样的脉冲超宽带信号检测方法无需高采样速率、无需模拟延迟线、无需精确信道估计的压缩采样接收方式，使得对IR-UWB信号的检测可以低采样速率、低硬件成本实现。
文档编号H04B1/707GK101951271SQ20101026057
公开日2011年1月19日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者吴绍华, 姚海平, 张凌雁, 张钦宇, 王野 申请人:哈尔滨工业大学深圳研究生院