[發明專利]一種脈沖超寬帶信號的壓縮采樣接收系統及方法

無效

• 申請號: 201010260593.7
• 申請日: 2010-08-24
• 公開（公告）號: CN101951270A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 吳紹華;張欽宇;張凌雁;王野;姚海平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: H04B1/69
• 分類號: H04B1/69
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所 44248
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發明涉及一種脈沖超寬帶信號的壓縮采樣接收系統及方法，尤其涉及一種面向短距無線通信應用的脈沖超寬帶信號的低速采樣接收系統及接收方法。

背景技術

傳統的IR-UWB(Impulse?Radio-Ultra?WideBand，脈沖超寬帶，簡稱“IR-UWB”)信號接收方案有：全分辨率數字接收機、模擬相關接收機、Rake接收機、能量檢測接收機。分別描述如下：

全分辨率數字接收機

對濾除了帶外噪聲的接收信號采用Nyquist速率甚至更高的速率進行采樣，后續所有處理任務均基于對ADC(Analog?to?Digital?Converter，模數轉換器，簡稱“ADC”)輸出的高分辨率采樣序列的處理。這種接收方式的優點是靈活性高、結構簡單、易配置、后續處理能獲得的性能較高。

模擬相關接收機

將濾除了帶外噪聲的接收信號與某一模板信號進行幀長度的相關運算，對相關輸出采用幀速率采樣，采樣結果用于符號判決。根據模板信號獲得方式的不同，模擬相關接收機又可細分為傳輸參考接收機(transmit-reference)、差分傳輸參考接收機(differential?transmit-reference)、以及導頻輔助接收機(pilot-assisted)等。這種接收方式的優點是所需采樣速率不高。

Rake接收機

將濾除了帶外噪聲的接收信號送入多個并行的相關檢測器，對接收信號中的各路多徑信號能量分別收集再合并，合并結果用于符號判決。相關檢測器的本地模板是具有不同延遲的單徑信號接收波形。與模擬相關接收機一樣，這種接收方式所需的采樣速率不高。

能量檢測接收機

對濾除了帶外噪聲的接收信號進行能量采樣(平方器+積分器)，能量采樣間隔通常介于Nyquist采樣周期和幀周期之間，后續處理任務均基于對ADC輸出的低速率能量采樣序列的處理。這種接收方式的優點是結構簡單、復雜度低、所需采樣速率亦不高。

盡管傳統的IR-UWB接收方案各有優點，但也存在問題或缺陷：

全分辨率數字接收機

根據FCC的規定，UWB在無需授權機制下允許的通信頻譜范圍為3.1～10.6GHz，對如此高頻率的信號如果實施Nyquist速率的采樣，ADC的速率需達到10GHz級別甚至更高。以現有的硬件水平，用單片ADC芯片實現采樣單元顯然非常困難，所以很多文獻提出了多通道的并行交替采樣架構，但需要對多通道的ADCs進行精確的定時控制，電路復雜度極高、功耗與成本也降不下來，與IR-UWB接收機理應做到的“低成本、低功耗”目標相悖。所以這種接收機方案由于ADC速率的瓶頸問題，目前很難投入實際應用，只限于理論研究。

模擬相關接收機

為了從接收信號中獲得相關模板(接收信號中對應傳輸參考信號或導頻信號的部分)，接收機硬件結構中需要有較長的延遲線單元，這增加了接收機的硬件復雜度和功耗；此外，模板信號是受噪聲污染的，這損害了后續判決的性能，盡管可以使用多個傳輸參考符號或導頻符號的平均接收信號作為模板(平均過程可以消噪)，但這也導致了對模擬延遲線的要求更高，進一步增加了硬件復雜度和功耗；最后，由于采樣速率為幀速率，基于此種接收方案無法實現高精度測距定位。

Rake接收機

Rake接收機的每條支路都需匹配接收信號中的一條多徑成分，所以其性能嚴重依賴于信道估計的精確程度，且需要各支路的定時控制精確、產生的相關模板盡量準確、Rake支路數要足夠多，所以此類接收機的實際實現亦非常困難、復雜度非常高；信道估計結果中的時延信息可用于測距應用，但視Rake機制的不同(pRake、aRake、sRake等)、以及Rake支路數量的不同，多徑成分中的直達單徑DP(direct?path)能被匹配的概率不一定高，會嚴重影響測距性能的穩定性。

能量檢測接收機

由于是能量采樣，這種接收方案對抗噪聲的能力非常差，低信噪比情況下幾乎不能工作；又由于采樣速率低，能量序列的時間分辨率不高，基于這種接收方案能獲得的測距精度亦非常有限。

綜上，現有的IR-UWB接收方案要么實際實現存在困難，要么不能充分發揮IR-UWB的通信和測距性能優勢。

發明內容

本發明解決的技術問題是：通過構建一種脈沖超寬帶信號的壓縮采樣接收系統，克服現有技術中脈沖超寬帶信號的采樣接收要么硬件復雜度高難以實現，要么通信速率與測距精度有限而不能充分挖掘IR-UWB的通信和測距潛能的問題。