專利名稱：一種欠采樣率脈沖uwb通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除方法和裝置。
背景技術(shù)：
脈沖超寬帶(UWB)技術(shù)作為一種無線通信技術(shù)方案，以其低復(fù)雜度、低成本、高定位精度等優(yōu)點(diǎn)，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和高精度定位與導(dǎo)航系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。為了與現(xiàn)有窄帶系統(tǒng)共享頻譜，UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密極低，遠(yuǎn)低于窄帶系統(tǒng)。然而，對(duì)UWB通信來說，窄帶信號(hào)是一種干擾，并且功率很高，窄帶干擾(NBI)會(huì)嚴(yán)重影響UWB系統(tǒng)的性能。因此，NBI的估計(jì)與消除是UWB通信中非常重要的問題。對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)字接收機(jī)，NBI信號(hào)檢測(cè)方案中通常以奈奎斯特率對(duì)接收信號(hào)r(t)進(jìn) 行采樣，然后基于快速傅里葉變換(FFT)對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分析，估計(jì)出NBI信號(hào)在頻域的精確位置及譜特征，最后通過設(shè)計(jì)濾波器完成對(duì)NBI信號(hào)的消除。然而，由于UWB通信帶寬很大，可達(dá)數(shù)吉赫茲，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，這種方案需要極高的采樣頻率，很難由單一模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)實(shí)現(xiàn)，即使實(shí)現(xiàn)，高速ADC也會(huì)導(dǎo)致很高的系統(tǒng)功耗。近幾年來出現(xiàn)的壓縮感知(CS)理論為NBI信號(hào)檢測(cè)與消除提供了新的思路?；贑S方案的接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖I所示。接收機(jī)無需以奈奎斯特率進(jìn)行采樣，而是采用一組并行的乘積累積器和低速ADC對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行投影，得到采樣向量y，然后在數(shù)字域完成對(duì)UWB信號(hào)的檢測(cè)。其中，投影函數(shù)的選取主要有如下兩種方法(I)利用NBI信號(hào)在UWB信號(hào)頻譜范圍內(nèi)稀疏的特點(diǎn)，基于壓縮感知理論估計(jì)出NBI信號(hào)子空間，然后基于該子空間設(shè)計(jì)一個(gè)投影矩陣P，使得NBI信號(hào)屬于的P零空間，此時(shí)，P可將NBI信號(hào)映射為零向量。為了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該方法基于P設(shè)計(jì)一組投影函數(shù){Vi(t)}將NBI信號(hào)映射為零，以此消除窄帶干擾。然而，該方法中NBI信號(hào)子空間估計(jì)復(fù)雜度高，且投影函數(shù)波形產(chǎn)生困難。(2)第二種方法是將{Vi(t)}選取為一組單頻正弦或者余弦信號(hào)，其頻率均勻分布在UWB信號(hào)頻譜范圍內(nèi)。通常窄帶干擾的功率遠(yuǎn)大于UWB信號(hào)，如果在某一個(gè)支路所對(duì)應(yīng)的頻點(diǎn)處存在窄帶干擾，采樣值會(huì)出現(xiàn)異常，并可以被檢測(cè)出來。那么，直接將該支路的采樣值刪除便可抑制NBI。然而，由于UWB信號(hào)能量在整個(gè)頻譜中分散的特點(diǎn)，采用單頻點(diǎn)投影函數(shù)不能有效的獲取UWB信號(hào)能量，不利于UWB信號(hào)的檢測(cè)。另外，雖然基于壓縮感知的方案降低了對(duì)采樣率的要求，但并行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使得接收機(jī)復(fù)雜度非常高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有UWB通信系統(tǒng)中NBI的估計(jì)與消除方法復(fù)雜度高的缺陷，提供一種欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除方法，接收機(jī)端直接對(duì)濾除帶外噪聲后信號(hào)進(jìn)行低速采樣，NBI信號(hào)估計(jì)與消除完全在數(shù)字域進(jìn)行，其系統(tǒng)復(fù)雜度低，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除方法，包括以下步驟SI、對(duì)接收的第一個(gè)未包含UWB信號(hào)的信息包濾除帶外噪聲后的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到MX I維采樣向量yi，基于采樣向量yi計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣S2、對(duì)后續(xù)接收的包含UWB信號(hào)的信息包濾除帶外噪聲后的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到MX I維采樣向量yi=[yi (0) ,Yi(I)j--^yi (M-I)]，其中i表示信息包的序號(hào)，基于NBI信號(hào)
的正交投影矩陣1^ ,通過得到消除窄帶干擾信號(hào)后的UWB信號(hào)。在根據(jù)本發(fā)明所述的欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除方法中，所述步驟SI中通過以下步驟基于采樣向量yi計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣## .·
S11、對(duì)向量yi進(jìn)行M點(diǎn)的快速傅里葉變換得到其FFT變換向量入；S12、設(shè)定判決門限Th，通過以下公式得到標(biāo)識(shí)NBI分量位置的向量h，
權(quán)利要求
1.ー種欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除方法，其特征在于，包括以下步驟 51、對(duì)接收的第一個(gè)未包含UWB信號(hào)的信息包濾除帶外噪聲后的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到MX I維采樣向量yi，基于采樣向量yi計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣. 52、對(duì)后續(xù)接收的包含UWB信號(hào)的信息包濾除帶外噪聲后的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到MXI維采樣向量Yi=Lyi(O)，yi (I)，...，yi (M-I)]，其中i表示信息包的序號(hào)，基于NBI信號(hào)的正交投影矩陣，通過得到消除窄帶干擾信號(hào)后的UWB信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中通過以下步驟基于采樣向量Y1計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣At · 511、對(duì)向量71進(jìn)行M點(diǎn)的快速傅里葉變換得到其FFT變換向量λ; 512、設(shè)定判決門限Th，通過以下公式得到標(biāo)識(shí)NBI分量位置的向量h，
3.ー種欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除裝置，其特征在于，包括前端濾波器、低速ADC和數(shù)字信號(hào)處理器； 所述前端濾波器用于對(duì)接收的信息包濾除帶外噪聲；其中，接收的第一個(gè)信息包未包含UWB信號(hào)，后續(xù)接收的信息包包含UWB信號(hào)； 所述低速ADC用于對(duì)濾除帶外噪聲后的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到MX I維采樣向量yi =Lyi (O), Yi (I), . . . , Yi (M-I)],其中i表示信息包的序號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)處理器用于基于采樣向量Y1計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣iV _并基于NBI信號(hào)的正交投影矩陣通過得到消除窄帶干擾信號(hào)后的UWB信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在干，所述數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)ー步包括窄帶干擾信號(hào)估計(jì)模塊和窄帶干擾信號(hào)消除模塊； 所述窄帶干擾信號(hào)估計(jì)模塊用于基于采樣向量Y1計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣P1所述窄帶干擾信號(hào)消除模塊用于基于NBI信號(hào)的正交投影矩陣At通過Pivi得到消除窄帶干擾信號(hào)后的UWB信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在干，所述數(shù)字信號(hào)處理器還包括信號(hào)檢測(cè)模塊，用于將UWB信號(hào)轉(zhuǎn)換為信息符號(hào)輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在干，所述窄帶干擾信號(hào)估計(jì)模塊通過以下步驟基于采樣向量Y1計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩罔P~對(duì)向量Y1-行M點(diǎn)的快速傅里葉變換得到其FFT變換向量λ ； 設(shè)定判決門限Th，通過以下公式得到標(biāo)識(shí)NBI分量位置的向量h， W、I 0 \Mj)\>Th hU) = I 1Iみ(j=0, 1，· · · ,M-l)； 計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣正交投影矩陣為以向量f作為第一列、^作為第一行的托普利茨矩陣；其中向量f為向量h求反傅里葉變換獲得，Pr= [f (O)，f (M-I)，f (M-2)，…，f (I)]。
7.ー種欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求3-6中任意一項(xiàng)所述的欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種欠采樣率脈沖UWB通信系統(tǒng)中的窄帶干擾消除方法和裝置，該方法包括以下步驟S1、對(duì)接收的第一個(gè)未包含UWB信號(hào)的信息包濾除帶外噪聲后的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到采樣向量y1，計(jì)算窄帶干擾信號(hào)的正交投影矩陣；S2、對(duì)后續(xù)接收的包含UWB信號(hào)的信息包濾除帶外噪聲后的信號(hào)進(jìn)行采樣，得到采樣向量yi，基于NBI信號(hào)的正交投影矩陣得到消除窄帶干擾信號(hào)后的UWB信號(hào)。本發(fā)明可以有效地消除NBI信號(hào)，提高信干比，其系統(tǒng)采樣率遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣率，且本發(fā)明中NBI估計(jì)與消除完全放在數(shù)字域進(jìn)行，無需并行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也無需產(chǎn)生模擬投影信號(hào)，大大降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度。
文檔編號(hào)H04B1/719GK102710290SQ201210194499
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者張盛, 晉本周, 林孝康, 潘劍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院