专利名称：一种欠采样率脉冲uwb通信系统中的窄带干扰消除方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，更具体地说，涉及一种欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法和装置。
背景技术：
脉冲超宽带(UWB)技术作为一种无线通信技术方案，以其低复杂度、低成本、高定位精度等优点，在无线传感器网络和高精度定位与导航系统中有着广泛的应用前景。为了与现有窄带系统共享频谱，UWB系统的发射功率谱密极低，远低于窄带系统。然而，对UWB通信来说，窄带信号是一种干扰，并且功率很高，窄带干扰(NBI)会严重影响UWB系统的性能。因此，NBI的估计与消除是UWB通信中非常重要的问题。对于传统数字接收机，NBI信号检测方案中通常以奈奎斯特率对接收信号r(t)进 行采样，然后基于快速傅里叶变换(FFT)对采样信号进行分析，估计出NBI信号在频域的精确位置及谱特征，最后通过设计滤波器完成对NBI信号的消除。然而，由于UWB通信带宽很大，可达数吉赫兹，根据奈奎斯特采样定理，这种方案需要极高的采样频率，很难由单一模数转换器(ADC)实现，即使实现，高速ADC也会导致很高的系统功耗。近几年来出现的压缩感知(CS)理论为NBI信号检测与消除提供了新的思路。基于CS方案的接收机结构如图I所示。接收机无需以奈奎斯特率进行采样，而是采用一组并行的乘积累积器和低速ADC对接收信号进行投影，得到采样向量y，然后在数字域完成对UWB信号的检测。其中，投影函数的选取主要有如下两种方法(I)利用NBI信号在UWB信号频谱范围内稀疏的特点，基于压缩感知理论估计出NBI信号子空间，然后基于该子空间设计一个投影矩阵P，使得NBI信号属于的P零空间，此时，P可将NBI信号映射为零向量。为了系统实现，该方法基于P设计一组投影函数{Vi(t)}将NBI信号映射为零，以此消除窄带干扰。然而，该方法中NBI信号子空间估计复杂度高，且投影函数波形产生困难。(2)第二种方法是将{Vi(t)}选取为一组单频正弦或者余弦信号，其频率均匀分布在UWB信号频谱范围内。通常窄带干扰的功率远大于UWB信号，如果在某一个支路所对应的频点处存在窄带干扰，采样值会出现异常，并可以被检测出来。那么，直接将该支路的采样值删除便可抑制NBI。然而，由于UWB信号能量在整个频谱中分散的特点，采用单频点投影函数不能有效的获取UWB信号能量，不利于UWB信号的检测。另外，虽然基于压缩感知的方案降低了对采样率的要求，但并行的系统结构使得接收机复杂度非常高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有UWB通信系统中NBI的估计与消除方法复杂度高的缺陷，提供一种欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法，接收机端直接对滤除带外噪声后信号进行低速采样，NBI信号估计与消除完全在数字域进行，其系统复杂度低，易于实现。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法，包括以下步骤SI、对接收的第一个未包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样，得到MX I维采样向量yi，基于采样向量yi计算窄带干扰信号的正交投影矩阵S2、对后续接收的包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样，得到MX I维采样向量yi=[yi (0) ,Yi(I)j--^yi (M-I)]，其中i表示信息包的序号，基于NBI信号
的正交投影矩阵1^ ,通过得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。在根据本发明所述的欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法中，所述步骤SI中通过以下步骤基于采样向量yi计算窄带干扰信号的正交投影矩阵## .·
S11、对向量yi进行M点的快速傅里叶变换得到其FFT变换向量入；S12、设定判决门限Th，通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h，
权利要求
1.ー种欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法，其特征在于，包括以下步骤 51、对接收的第一个未包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样，得到MX I维采样向量yi，基于采样向量yi计算窄带干扰信号的正交投影矩阵. 52、对后续接收的包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样，得到MXI维采样向量Yi=Lyi(O)，yi (I)，...，yi (M-I)]，其中i表示信息包的序号，基于NBI信号的正交投影矩阵，通过得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤SI中通过以下步骤基于采样向量Y1计算窄带干扰信号的正交投影矩阵At · 511、对向量71进行M点的快速傅里叶变换得到其FFT变换向量λ; 512、设定判决门限Th，通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h，
3.ー种欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除装置，其特征在于，包括前端滤波器、低速ADC和数字信号处理器； 所述前端滤波器用于对接收的信息包滤除带外噪声；其中，接收的第一个信息包未包含UWB信号，后续接收的信息包包含UWB信号； 所述低速ADC用于对滤除带外噪声后的信号进行采样，得到MX I维采样向量yi =Lyi (O), Yi (I), . . . , Yi (M-I)],其中i表示信息包的序号；所述数字信号处理器用于基于采样向量Y1计算窄带干扰信号的正交投影矩阵iV _并基于NBI信号的正交投影矩阵通过得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在干，所述数字信号处理器进ー步包括窄带干扰信号估计模块和窄带干扰信号消除模块； 所述窄带干扰信号估计模块用于基于采样向量Y1计算窄带干扰信号的正交投影矩阵P1所述窄带干扰信号消除模块用于基于NBI信号的正交投影矩阵At通过Pivi得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在干，所述数字信号处理器还包括信号检测模块，用于将UWB信号转换为信息符号输出。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在干，所述窄带干扰信号估计模块通过以下步骤基于采样向量Y1计算窄带干扰信号的正交投影矩罔P~对向量Y1-行M点的快速傅里叶变换得到其FFT变换向量λ ； 设定判决门限Th，通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h， W、I 0 \Mj)\>Th hU) = I 1Iみ(j=0, 1，· · · ,M-l)； 计算窄带干扰信号的正交投影矩阵正交投影矩阵为以向量f作为第一列、^作为第一行的托普利茨矩阵；其中向量f为向量h求反傅里叶变换获得，Pr= [f (O)，f (M-I)，f (M-2)，…，f (I)]。
7.ー种欠采样率脉冲UWB通信系统，其特征在于，包括权利要求3-6中任意一项所述的欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除装置。
全文摘要
本发明涉及一种欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法和装置，该方法包括以下步骤S1、对接收的第一个未包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样，得到采样向量y1，计算窄带干扰信号的正交投影矩阵；S2、对后续接收的包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样，得到采样向量yi，基于NBI信号的正交投影矩阵得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。本发明可以有效地消除NBI信号，提高信干比，其系统采样率远低于奈奎斯特采样率，且本发明中NBI估计与消除完全放在数字域进行，无需并行系统结构，也无需产生模拟投影信号，大大降低了系统复杂度和实现难度。
文档编号H04B1/719GK102710290SQ201210194499
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月13日 优先权日2012年6月13日
发明者张盛, 晋本周, 林孝康, 潘剑 申请人:清华大学深圳研究生院