[發(fā)明專利]基于最大似然估計(jì)的超寬帶通信系統(tǒng)的跟蹤環(huán)路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810034325.6
• 申請日: 2008-03-06
• 公開（公告）號: CN101242199A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾曉洋;惲達(dá)賢;彭延杰;王易因
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H04B1/707
• 分類號: H04B1/707;H04L7/033;H04L27/227
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于脈沖體制超寬帶(IR-UWB)通信系統(tǒng)的跟蹤環(huán)路。

背景技術(shù)

近年來，脈沖體制超寬帶(Impulse?Radio?Ultra-wideband，IR-UWB)無線通信系統(tǒng)受到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛重視。

根據(jù)美國通信委員會(huì)(FCC?Federal?Communications?Commission)公布的超寬帶定義，若一個(gè)信號所占用的瞬時(shí)帶寬超過500MHz，或者相對帶寬大于0.2，則此信號為超寬帶信號。相對帶寬(或分?jǐn)?shù)帶寬，F(xiàn)ractional?Bandwidth)定義為能量帶寬與中心頻率的比值。

但是，正是脈沖體制超寬帶利用基帶超窄的亞納秒級的脈沖傳輸信息這一特點(diǎn)，使得很小的定時(shí)誤差，也會(huì)使跟蹤環(huán)路失鎖，從而使系統(tǒng)性能極大的衰減。

傳統(tǒng)的跟蹤環(huán)路是基于鎖相環(huán)或數(shù)字基帶系統(tǒng)的碼跟蹤環(huán)路設(shè)計(jì)的，但是脈沖體制超寬帶的超窄脈沖周期和超寬的帶寬，使得脈沖體制超寬帶通信系統(tǒng)中的捕獲和跟蹤成為一個(gè)難點(diǎn)，人們不能再像在窄帶系統(tǒng)中一樣，簡單的將接收到的波形看成是方波或者升余旋波。這就促使我們通過研究傳統(tǒng)的鎖相環(huán)，延時(shí)鎖相環(huán)路和碼跟蹤環(huán)路來得出新的，適用于脈沖體制超寬帶通信系統(tǒng)的超窄高斯脈沖的跟蹤環(huán)路。在許多文獻(xiàn)中，詳細(xì)描述了在傳統(tǒng)的窄帶數(shù)字通信系統(tǒng)中通過采樣和內(nèi)插，實(shí)現(xiàn)碼跟蹤和采樣值的內(nèi)插，同時(shí)在另外一些文獻(xiàn)中，針對加性高斯白噪聲信道(AWGN)和IEEE802.15多徑信道，對脈沖體制超寬帶跟蹤環(huán)路進(jìn)行了分析與推導(dǎo)，詳細(xì)分析了不同的高斯波形對跟蹤環(huán)路的影響，但是還沒有人提出密集多徑信道下針對脈沖體制超寬帶的跟蹤環(huán)路有效的電路結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種在密集多徑信道下能有效跟蹤超寬帶脈沖，使系統(tǒng)誤碼率性能有極大提高的跟蹤環(huán)路。

本發(fā)明采用較簡單的電路結(jié)構(gòu)，而且即使在較低信噪比下也能達(dá)到較好的跟蹤性能。由系統(tǒng)仿真證明該發(fā)明是具有較高性能且行之有效的針對脈沖體制超寬帶超窄高斯脈沖的跟蹤環(huán)路。

本發(fā)明提供的是一種基于最大似然估計(jì)的脈沖體制超寬帶的跟蹤環(huán)路。該跟蹤環(huán)路由低通濾波器1、時(shí)間誤差檢測器2、同步采樣路3、環(huán)路濾小器4和數(shù)控振蕩器5組成，接收信號首先經(jīng)過低通濾波器1，低通濾波器1的輸出信號進(jìn)入時(shí)間誤差檢測器2，時(shí)間誤差檢測器2的輸出由同步采樣電路3進(jìn)行采樣，采樣的值進(jìn)入環(huán)路濾波器4，環(huán)路濾波器4的輸出經(jīng)過數(shù)控振蕩器5反饋到同步采樣電路3。其中：

a)低通濾波器1對輸入信號進(jìn)行低通濾波，抑制信道的噪聲信號；

b)時(shí)間誤差檢測器(TED?Timing?Error?Detector)2，事先已知接收信號的波形函數(shù)，模擬導(dǎo)數(shù)匹配濾波器傳遞函數(shù)設(shè)計(jì)為波形函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，接收信號通過該導(dǎo)數(shù)匹配濾波器，得到的信號即是定時(shí)誤差的函數(shù)；

c)同步采樣電路3是一個(gè)一比特模數(shù)轉(zhuǎn)換器，根據(jù)信道估計(jì)估出的選擇性多徑的位置，在每個(gè)脈沖應(yīng)該結(jié)束的地方采樣，所得值即為實(shí)際接收到的信號脈沖和信道估計(jì)估出的脈沖位置的定時(shí)誤差函數(shù)的值；

d)環(huán)路濾波器4采用二階低通濾波器。調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)可以有效的抑制采樣所得定時(shí)誤差函數(shù)值中的噪聲分量，使反饋回去的定時(shí)誤差函數(shù)值更加精確；

e)數(shù)控振蕩器5將定時(shí)誤差函數(shù)值轉(zhuǎn)換為時(shí)間量，反饋給同步采樣電路，實(shí)現(xiàn)環(huán)路的鎖定；同時(shí)將該值輸出到解調(diào)環(huán)節(jié)，調(diào)整相關(guān)解調(diào)模板位置。

跟蹤環(huán)路數(shù)學(xué)模型如下(見圖5所示)：

首先時(shí)間誤差信號乘以由時(shí)間誤差檢測器的算法決定的環(huán)路系數(shù)，加上噪聲后經(jīng)過傳遞函數(shù)為F(z)的環(huán)路濾波器和傳遞函數(shù)為I(z)的數(shù)控振蕩器，最后再反饋為時(shí)間誤差信號。

根據(jù)本發(fā)明的跟蹤環(huán)路，信號的跟蹤過程如下：首先，接收到的信號經(jīng)過導(dǎo)數(shù)匹配濾波器，得到接收信號和本地模板的時(shí)間誤差函數(shù)，然后由同步采樣環(huán)節(jié)將該時(shí)間誤差函數(shù)信號進(jìn)行采樣；再通過一個(gè)二階低通環(huán)路濾波器對該采樣值進(jìn)行濾波，抑制其中的噪聲分量；最后將濾波得到的時(shí)間誤差值經(jīng)過數(shù)控振蕩器轉(zhuǎn)換成時(shí)間量反饋給同步采樣電路，使本地模板與接收到的信號在時(shí)間上調(diào)整對齊，實(shí)現(xiàn)環(huán)路的鎖定。另外，該反饋信號將輸出給解調(diào)環(huán)節(jié)，用來調(diào)整選擇性Rake接收機(jī)分支中相關(guān)模板的位置。

本發(fā)明提供的跟蹤環(huán)路大大降低了系統(tǒng)對采樣率的要求，使得采樣可以在脈沖體制超寬帶調(diào)制信號的幀層面上進(jìn)行。并且該跟蹤環(huán)路可以極大的降低系統(tǒng)解調(diào)的誤碼率，提高系統(tǒng)性能。該發(fā)明由仿真證明是行之有效的可以極大提高系統(tǒng)性能的脈沖體制超寬帶跟蹤環(huán)路。

附圖說明