专利名称：一种高分辨率多径信道时延谱的测定方法
技术领域：
本发明属于一种利用传感器天线阵列对来波信号的无线传播信道时延谱进行测 定的方法，特别是一种涉及高分辨率的多径信道时延谱测定的优化处理技术。采用该方法 可在较少观测样本的情况下、对其无线传播信道时延谱进行快速测定、并可获得较好的效 果(高分辨率)并能够降低检测的成本。
背景技术：
进入21世纪以来，无线通信和定位技术均得到极大的发展和广泛应用。第四代无 线移动通信系统的目标是实现实时无缝的、更高频段和更大带宽的高质量、高速率的移动 多媒体和数据业务传输。然而，无线信道的诸多物理特性，如带宽限制、传播损耗、时变特 性、多径衰落等都严重影响着高速无线通信的可靠性。目前，第四代移动通信准备应用正交 频分复用(OFDM)技术和多入多出(MIMO)技术。对无线信道特征的掌握和了解，信道估计 的准确、及时，将直接影响这些新技术的应用和发挥，直接影响通信容量和通信质量。因此， 无线信道的准确检测显得非常重要。目前人们对无线信道的研究和利用，基本上还停留在第一代和第二代移动通信系 统研究开发时的水平。传统的线性估计方法中，通过重构训练信号来准确地估计无线信道 响应。其重构训练信号采用的性能评价函数大多采用最小二乘、最小均方误差等。传统的 线性估计方法已经达到了线性最优，但随着无线移动通信技术和系统的发展，移动通信要 求更高的数据率和更可靠的通信保证；对无线信道估计和预测提出了快速实时处理的新要 求。近年出现的基于训练序列的估计方法，不用先验信息的盲估计方法和利用部分先验信 息的半盲估计方法均是为了实现快速、实时估计(检测)信道响应的目的。而在实际应用 中，这些方法远远不能满足准确估计信道响应的要求。相比窄带信号，宽带信号具有更高的通信容量和时延分辨率，因此在无线通信和 定位等系统中比较常见，且无线信道常常表现为明显的稀疏特性。在多径稀疏信道理想情 况下，上述无线系统可以描述为线性时不变系统，其脉冲响应仅由几个主要的回波脉冲组 成，每个脉冲响应对应发射信号到达接收机的一个信道响应。稀疏信道模型在室内无线传 播环境中最常见，而稀疏信道估计方法利用信道脉冲响应的稀疏特性，常见的方法包括基 于Ll范数最小化的凸优化方法和基于迭代的贪婪方法。相对于贪婪方法、凸优化方法精度 更高，但相应地计算处理量大、复杂度亦高。另外，目前无线系统需要的高分辨率信号，对应 的信道则是大带宽，而针对宽带信道信号采样将得到大量数据，因而需要更多的存储单元 和更长的信号处理时间，特别是在采用凸优化技术处理时尤其如此，从而大大影响了无线 系统的实时性。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究一种高分辨率多径信道时延谱的 测定方法，以达到在降低对设备和观测样本个数要求的同时，对无线信道脉冲响应进行快速、准确测定，并提高检测精度、简化处理流程、降低运行成本等目的。本发明的解决方案是首先在拟进行无线通信的区域内设置发射机和接收机，发射 机首先发射检测信号。接收机收到检测信号后将其解调成基带信号、并进行模/数变换，再 对变换后的数字信号进行傅立叶变换处理、以得到频率信号；根据设定信道时延谱测定精 度的要求和经验值分别确定多径信道时延谱相应的向量长度和稀疏度，同时根据压缩传感 方法及多径信道时延谱向量长度和稀疏度确定测定多径信道时延谱所需的样本数；然后根 据高频段和低频段两端处的带宽(即为测量样本数的一半)，针对整个宽带信号进行带通 滤波处理，进而获得对应高频段和低频段处的测量数据；然后利用凸优化处理方法得到该 多径信道时延谱(幅度)。因此本发明方法包括步骤A.发射检测信号在拟定的无线通信区域设置发射机和接收机，并在发射机 发射宽带检测信号；步骤B.接收机对收到检测信号的处理将接收机接收到的检测信号解调成基带 信号，并对基带信号进行模/数变换后，再经傅立叶变换处理、得频率信号；步骤C.设置带通滤波器及获得高、低频段频率信号根据设定信道时延谱检测精 度的要求确定信道多径时延谱向量的长度、同时根据无线通信实际运行的经验值确定多径 信道时延谱向量的稀疏度；然后根据压缩传感方法确定检测信道多径时延谱所需最少的测 量样本数；并根据所需最少测量样本数的一半分别确定整个宽带信号中所需低频段和高频 段两端的带宽，再根据所得低频段和高频段的带宽对应分别设置两个带通滤波器，然后对 整个宽带信号进行带通滤波处理、获得与该低频段和高频段对应的频率信号；步骤D.确定多径信道时延谱将经步骤C获得的频率信号，通过凸优化方法处理 以确定当前无线通信系统对应的多径信道时延谱向量，所得时延谱向量中各元素幅度值即 为当前无线通信系统对应的多径信道时延谱。所述发射机发射宽带检测信号为
权利要求
1.一种高分辨率多径信道时延谱的测定方法，包括步骤A.发射检测信号在拟定的无线通信区域设置发射机和接收机，并在发射机发射 宽带检测信号；步骤B.接收机对收到检测信号的处理将接收机接收到的检测信号解调成基带信号， 并对基带信号进行模/数变换后，再经傅立叶变换处理、得频率信号；步骤C.设置带通滤波器及获得高、低频段频率信号根据设定信道时延谱检测精度的 要求确定信道多径时延谱向量的长度、同时根据无线通信实际运行的经验值确定多径信道 时延谱向量的稀疏度；然后根据压缩传感方法确定检测信道多径时延谱所需最少的测量样 本数；并根据所需最少测量样本数的一半分别确定整个宽带信号中所需低频段和高频段两 端的带宽，再根据所得低频段和高频段的带宽对应分别设置两个带通滤波器，然后对整个 宽带信号进行带通滤波处理、获得与该低频段和高频段对应的频率信号；步骤D.确定多径信道时延谱将经步骤C获得的频率信号，通过凸优化方法处理以确 定当前无线通信系统对应的多径信道时延谱向量，所得时延谱向量中各元素幅度值即为当 前无线通信系统对应的多径信道时延谱。
2.按权利要求1所述高分辨率多径信道时延谱的测定方法，其特征在于所述发射机发 射宽带检测信号为
3.按权利要求1所述高分辨率多径信道时延谱的测定方法，其特征在于所述接收机接 收到的信号为
4.按权利要求1所述高分辨率多径信道时延谱的测定方法，其特征在于所述经傅立叶 变换处理后、所得频率信号为R(f) = H(f)S(f)+V(f), f = f1 . . . , fff其中:R(f)，H(f)，S(f)，V(f)和分别为时域接收信号r(t)、无线信道响应函数h(t)、检 测信号s(t)和噪声v(t)对应的傅立叶变换。
5.按权利要求1所述高分辨率多径信道时延谱的测定方法，其特征在于所述根据压缩 传感方法确定检测多径信道时延谱所需最少的测量样本数为M = CKlogQ其中C为满足实际性能要求的常数；Q为设定稀疏多径信道时延向量长度；K为多径 信道时延向量稀疏度，即由经验信息获得的多径信道时延向量中的非零元素个数。
6.按权利要求1所述高分辨率多径信道时延谱的测定方法，其特征在于所述根据所 需最少测量样本数的一半分别确定整个宽带信号中所需低频段[fu，...，fL2]和高频段 [fH1，· · ·，fH2]两端的带宽分别为M/2 (MHz)；其中，fu = 和fH2 = fw分别表示宽带信号的 最低频率点和最高频率点。
7.按权利要求1所述高分辨率多径信道时延谱的测定方法，其特征在于所述在步骤D 中采用凸优化方法处理是在满足Il y-Fa Il 2 彡 ε的情况下，使Il a Il i最小；其中，MXQ维矩阵F = [F1, F2, ... , FJt的每一行分别为 同一频率点、所有不同传播时延的傅立叶变换巧=[广2*乂-"2 /\...乂@/12](/ = 1,...,似)，
全文摘要
本发明涉及一种高分辨率多径信道时延谱的测定方法。该发明属于利用传感器天线阵列对多径无线传播信道时延谱进行测定的方法。包括发射检测信号，接收机对收到检测信号的处理，设置带通滤波器及获得高、低频段频率信号，最后确定多径信道时延谱。该发明首先在发射机发射宽带检测信号，接收机根据设定信道时延谱测定精度的要求和经验值分别确定多径信道时延向量长度和稀疏度，同时根据压缩传感方法确定测定多径信道时延谱所需的测量样本数，然后针对整个宽带信号进行带通滤波处理、进而获得针对低频段和高频段对应的频率信号，最后根据凸优化处理方法得到多径信道时延谱。因而与背景技术相比该发明具有可利用较少观测样本对多径无线传播信道时延谱进行快速测定，效果好、分辨率高，测定的成本低等特点。
文档编号H04B17/00GK102130731SQ201110066760
公开日2011年7月20日 申请日期2011年3月18日 优先权日2011年3月18日
发明者万群, 刘翼鹏, 张瑛, 樊荣, 陈慧, 黄际彦 申请人:电子科技大学