专利名称：高速取样有限精度量化脉冲超宽带信号到达时间估计方法
技术领域：
本发明属于超宽带低速无线个域网技术领域，具体涉及测量距离时对接收到的脉冲超宽带信号进行高速取样和有限精度量化来估计到达时间的方法。
背景技术：
脉冲超宽带信号到达时间估计方法是目前无线通信领域广泛研究的提供高精度距离信息的有效方法。据《国际电子与电气工程师协会信号处理杂志》(IEEE Signal Process. Magzine, vol. 21, Nov. 2004, Page (s) =26-54)介绍，由于脉冲超宽带信号在时域上仅有纳秒宽度，频域上占据500MHz以上带宽，可以进行纳秒精度的到达时间估计，从而提供厘米级别的无线测距与定位功能。由于脉冲超宽带信号的以上优点，国际电子与电气工程师协会(IEEE)针对采用超宽带技术的低速无线个域网的无线媒体访问控制层(MAC) 和物理层(PHY)规范，制定了超宽带低速无线个域网协议标准(IEEE 802. 15. 4a TG4a, IEEE Standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange Between Systems-Local and Metropolitan Area Networks—Specific Requirements Part 15.4a，Aug 2007)，提出了 10米范围内低成本低功耗同时具有通信与测距功能的脉冲超宽带低速无线个域网。现有的脉冲超宽带低速无线个域网标准中对到达时间的估计是一个开放性问题，没有强制标准。据《国际电子与电气工程师协会通信汇刊》(IEEE Transactions on Communication, Vol. 58，No. 6，2010，Page (s) :1695-1704)介绍，由于脉冲超宽带的大带宽特性，根据奈奎斯特(Nyquist)取样定理取样频率至少为信号带宽的2倍，对脉冲超宽带信号的接收以及波形重建需要千兆赫兹高速取样率和全精度量化的数模转换器ADC。由于这样的数模转换器是非常昂贵和高功耗的，对于低成本和需要电池供电的脉冲超宽带测距设备来说难以接受。据《国际电子与电气工程师协会无线通信汇刊》(IEEE Transactions on Wireless Communication, Vol. 9, No. 7, July. 2010, Page (s) :2238-2247)介绍，对信号进行能量检测接收的方法可以避免使用高速取样全精度量化的数模转换器ADC，而以积分器代替之。积分器先对积分间隔时间内的接收信号进行平方操作，再进行积分，最后输出积分间隔时间内的信号能量之和，从而重建信号波形以检测到达时间。该方法大大降低了实现复杂度，但是由于积分器的积分间隔时间不可能做的足够小，因而损失了时间分辨率，从而影响到达时间估计精度。
发明内容
本发明的目的是提出一种低速无线个域网中高速取样有限精度量化的脉冲超宽带信号到达时间估计方法，以避免使用昂贵的高速取样全精度量化的数模转换器ADC，从而降低实现复杂度和功耗同时到达时间估计精度损失较小的目的。本发明高速取样有限精度量化的脉冲超宽带信号到达时间估计方法，先对接收到的脉冲超宽带信号使用高速比较器组进行高速取样和有限精度量化；再给出量化后信号的对数似然比检验统计量；使用聂孟-皮尔逊(Neyman-Pearson)准则和似然比门限检验方法来估计到达时间；包括首先，发送端发送个数为K、周期为T的脉冲超宽带信号，经过多
径信道后，接收端接收到的脉冲超宽带信号
权利要求
1. 一种高速取样有限精度量化的脉冲超宽带信号到达时间估计方法，先对接收到的脉冲超宽带信号使用高速比较器组进行高速取样和有限精度量化；再给出量化后信号的对数似然比检验统计量；使用聂孟-皮尔逊准则和似然比门限检验方法来估计到达时间；包括 首先，发送端发送个数为K、周期为T的脉冲超宽带信号，经过多径信道后，接收端接收到的脉冲超宽带信号
2.如权利要求1所述高速取样有限精度量化的脉冲超宽带信号到达时间估计方法，特 征在于在所述局部最优量化方式的基础上，进行全局最优量化的方式为将有用信号Wi的 取值范围划分为Y个区间，每个区间的中间值作为表的索引y，定义在各索引y、脉冲符号 dk和高斯白噪声方差的最大似然估计式2已知时量化电平Im的概率为ア(なレ,=兄も，氏2)， 对数化后作为表中每个索引的内容，使用局部最优量化门限紀°量化脉冲个数为K的训 练序列，统计K个周期中取样位置i上的各量化电平的个数が:!；分别计算个数が:!与表 中每个索引对应内容
全文摘要
本发明公开了一种高速取样有限精度量化脉冲超宽带信号到达时间估计方法，特征是先采取高速取样提供高时间分辨率，并采取全局最优和局部最优的有限精度量化在降低实现复杂度的基础上通过使偏差度最大来减小量化精度带来的信号幅度信息损失，最后采用似然比门限检验方法估计出到达时间。本发明克服了现有全精度量化方法需采用昂贵且难以实现的高速高位宽数模转化器ADC和能量检测接收方法使用间隔时间较长的积分器而损失时间分辨率的缺点，只使用了有限的高速比较器和简单的后端数字处理即可有效估计到达时间，估计精度非常接近高速取样的全精度量化方法，同时显著好于能量检测接收方法，在大大降低复杂度的情况下提供了较高的到达时间估计精度。
文档编号H04B1/7163GK102377452SQ20111023517
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者孙飞, 尹华锐, 王卫东, 陈卫东 申请人:中国科学技术大学