[實用新型]用于UWB信號傳輸的基于能量檢測的接收機

有效

• 申請號: 201220350743.8
• 申請日: 2012-07-19
• 公開（公告）號: CN202841120U
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 陳志璋;聶宏;許志猛
• 申請（專利權）人: 陳志璋;聶宏;許志猛
• 主分類號: H04B1/719
• 分類號: H04B1/719;H04B1/717;H04B1/71
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本實用新型一般是屬于超寬帶（ultra-wideband,?UWB）通信系統，更具體是基于脈沖的超寬帶系統中的基于能量檢測的接收機。該發明可以減少接收到的超寬帶信號中的噪聲和窄帶干擾能量并提高接收信號的信號噪聲干擾比值（signal-to-noise-plus-interference?ratio,?SNIR）。?

背景技術

?UWB系統具有較大（如500?MHz以上）的頻帶寬度，這使得它可以使用持續時間很短脈沖，而不是連續的正弦載波來傳輸信息。因此，基于脈沖的UWB技術被認為是發展高數據傳輸率以及高精確度，超低功耗和低復雜通信系統的關鍵技術。?

圖1?描述了一種基于匹配濾波器結構的超寬帶脈沖接收機。在這種結構中，接收信號首先通過低噪聲放大器（low?noise?amplifier,?LNA），再用一個帶通濾波器（band-pass?filter,?BPF）濾除帶外噪聲和干擾。隨后，BPF的輸出與一個本地的信號模板進行相關處理，相關的結果再進行積分和采樣。最后，通過適當的信號處理算法，可以從采樣的信號中恢復出發送的信息。為了達到最佳的性能，基于匹配濾波器的接收機必須解決一個技術難題：本地信號模板，記為S_template(t)，必須與沒有噪聲和信號干擾的接收信號完全一致。然而，在UWB系統中，由于使用的信號帶寬極大并且有嚴重的多徑干擾，接收到的信號和發送的信號的波形完全不同并且會重疊到一起。為了估計接收到的信號波形將會使得基于匹配濾波器結構的接收機的實現復雜度變得非常復雜。?

為了實現低復雜度的脈沖超寬帶系統，許多研究方向轉向了設計次優的、非相干的接收方案，如能量檢測（energy?detection,?ED）接收機。圖2給出了基于能量檢測的接收機結構。在能量檢測接收機中，接收信號首先經LNA放大并由BPF濾除帶外噪聲和干擾，然后對處理后的信號進行平方，并積分和采樣。最后，通過適當的數字信號處理算法就可以從采樣信號恢復發送的信息。典型用于能量檢測接收機的調制方案有開關鍵控（on-off?keying,?OOK）、脈沖位置調制（pulse-position?modulation,?PPM）、頻移參考（frequency-shifted?reference,?FSR）、碼移參考（code-shifted?reference,?CSR）和差分碼移參考（differential?code-shifted?reference,?DCSR）。對于每種不同的信號調制方案，相應需要采用不同算法才能從接收信號的能量中恢復傳輸的信息。?

與基于匹配濾波器的接收機相比，基于能量檢測的接收機無需估計接收信號的波形，因此系統的實現復雜度大大降低。然而，基于能量檢測的接收機最大的缺點是接收端UWB信號中的噪聲和干擾也會被收集并計入信號能量。因此，基于能量檢測的接收機對噪聲和干擾的影響更為敏感。由于UWB系統工作于極寬的頻帶，因此它必須和來自其他現存的通信系統的窄帶干擾（Narrowband?interference,?NBI）共享頻率資源。例如，根據47?C.F.R?15,?F子部分：超寬帶和IEEE?802.15.4a標準的規定，即便NBI信號只占用了UWB系統使用頻段的一小部分，NBI信號的功率也可能遠大于UWB。因此，很有必要在基于脈沖的超寬帶系統中采用NBI抑制技術以降低NBI對基于能量檢測的接收機的影響。?

目前大部分NBI抑制技術，如濾波器組，自適應陷波器和干擾估計和消除方法即便上都是基于線性信號處理技術，因此具有以下缺點：?

1）需要得知NBI的統計參數，如中心頻率、信號功率和信號帶寬等。然而，對于大多數UWB應用系統，這些參數信息是未知并且可能是變化的。

2）這些技術的實現復雜度相當高。基于數字信號處理的NBI抑制方法，需要先將接收信號轉換成數字信號，這需要極高采樣率的模數轉換器（analog-to-digital?converters,?ADC）。而基于模擬信號處理的NBI抑制方法，需要設置一組模擬濾波器。?

近來，一種基于非線性信號處理的NBI抑制技術被應用于OOK調制的UWB系統。在此技術中，UWB信號在先用一個叫Teager-Kaiser運算（Teager-Kaiser?operator,?TKO）的非線性設備進行處理，再送入基于能量檢測的接收機進行解調。TKO的輸入輸出關系表達式為?

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