專利名稱：用于超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)及信號(hào)接收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)及信號(hào)接收方法。
背景技術(shù)：
UWB(Ultra Wide Band，超寬帶)技術(shù)是1960年作為軍用雷達(dá)技術(shù)開發(fā)出來(lái)的，占用帶寬從幾Hz～幾GHz，通過(guò)發(fā)射極短暫(ns級(jí))的脈沖信號(hào)，并接收和分析反射回來(lái)的脈沖位置，以提供數(shù)厘米的定位精度。
一直以來(lái)，UWB無(wú)線技術(shù)都被應(yīng)用于軍事雷達(dá)跟蹤和精確定位。但從九十年代初開始，由于無(wú)線接入速率瓶頸的出現(xiàn)，人們開始尋求新的寬帶接入技術(shù)?，F(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)如802.11b(Wi-Fi)和藍(lán)牙已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)大部分UWB所要實(shí)現(xiàn)的功能，只是在速度上還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到要求。UWB以其高帶寬、高接入速率的特點(diǎn)迎合了這一趨勢(shì)，并在無(wú)線通信領(lǐng)域受到廣泛重視。
由于UWB所使用的帶寬高達(dá)幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾十Mbit/秒～幾百M(fèi)bit/秒；同時(shí)，UWB占空比很小，所以耗電量只有原有系統(tǒng)的1/00～1/1000；而且，UWB的發(fā)送輸出功率非常小，甚至低于普通設(shè)備放射的噪聲，所以具有低的截獲率。
所述的UWB信號(hào)在室外遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)室外大氣對(duì)它有較大的衰減，使之更適合于室內(nèi)的高速、短距離傳輸。而且，盡管室內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜，會(huì)對(duì)UWB信號(hào)產(chǎn)生反射、衍射和折射等現(xiàn)象，造成信號(hào)能量的彌散，產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)多徑，可將1ns的信號(hào)g(t)擴(kuò)散成幾十到幾百納秒的信號(hào)，但由于發(fā)送的UWB信號(hào)很窄(ns級(jí))，所以具有較好的多徑分辨能力，即從接收端看到的每個(gè)徑的信號(hào)是獨(dú)立可分離的。
正是由于每個(gè)徑的信號(hào)的獨(dú)立可分離的特性，所以在超寬帶系統(tǒng)中，可以利用接收的多徑信號(hào)的這一特性，將接收到的每個(gè)多徑信號(hào)能量搜集起來(lái)，即采用多徑分集接收技術(shù)，以盡量減少能量的損失。多徑分集中最優(yōu)接收機(jī)稱為RAKE接收機(jī)。
UWB RAKE接收機(jī)的原理框圖如圖1所示，包括同步、估計(jì)和RAKE接收三部分。同步是UWB RAKE接收機(jī)中的重要組成部分，估計(jì)和RAKE接收兩部分是密不可分的。
RAKE接收的目的是將獨(dú)立可分離的多徑信號(hào)的能量收集起來(lái)，因此需要先找到每個(gè)徑的位置和幅度，該功能由估計(jì)電路實(shí)現(xiàn)。同步后的接收信號(hào)與本地樣本函數(shù)g(t)通過(guò)脈沖匹配濾波部分作匹配相關(guān)處理，由于接收信號(hào)已被多徑擴(kuò)展，所以可獲得多個(gè)能量相關(guān)峰，假設(shè)每個(gè)可分相關(guān)峰的最小時(shí)間間隔為τm，那么任意可分的兩個(gè)相關(guān)峰的時(shí)間間隔就可表示為nτm，n為正整數(shù)。每個(gè)徑的幅度可表示為CLn。最后按照某種合并算法，將每個(gè)徑獲得的能量收集起來(lái)。所述的RAKE接收機(jī)中包括相應(yīng)的延遲線結(jié)構(gòu)，所述的延遲線結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在圖1的本地樣本產(chǎn)生電路中，樣本函數(shù)g(t)與發(fā)端產(chǎn)生的發(fā)送脈沖波形g(t)相同，同樣圖2中的Matched Filter作相關(guān)匹配時(shí)，也用g(t)作為本地樣本函數(shù)。根據(jù)匹配濾波器的原理，只有當(dāng)收、發(fā)波形一致時(shí)，匹配濾波器的輸出才最大。但在實(shí)際UWB RAKE接收機(jī)中，由于多徑的影響，接收到的脈沖串之間有疊加(疊加的嚴(yán)重程度取決于發(fā)送波形的脈寬)。圖3給出了發(fā)、收兩端信號(hào)的變化，其中圖3中上部為發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)，下部為接收端接收的信號(hào)。可以看出，疊加使接收信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，所以再采用發(fā)送脈沖波形g(t)作為本地樣本函數(shù)，就無(wú)法做到與接收信號(hào)的匹配。這種不匹配會(huì)對(duì)RAKE接收機(jī)收集到的信號(hào)能量有較大影響，造成誤碼率的增大。
通過(guò)上述對(duì)UWB RAKE接收機(jī)方案的描述，可以發(fā)現(xiàn)該方法存在以下三方面的缺點(diǎn)1、由于本地樣本函數(shù)與接收信號(hào)不能很好地匹配，造成能量損失，進(jìn)而導(dǎo)致誤碼率較高；2、RAKE接收前，需要確定匹配相關(guān)后每徑所在的位置和幅度，以調(diào)整τm和CLn，所以為配合RAKE接收，必須要有估計(jì)電路，導(dǎo)致增加了UWBRAKE接收機(jī)電路的復(fù)雜度；3、RAKE接收機(jī)的性能與可收集到的能量徑數(shù)有關(guān)，收集到的徑數(shù)越多，性能越好，但接收機(jī)復(fù)雜度增加。
除上述RAKE接收機(jī)方法外，還有一種在超寬帶雷達(dá)中廣泛使用的接收方法差分相關(guān)接收機(jī)(自相關(guān)接收機(jī))。最近有人對(duì)這種方法用于超寬帶通信中的性能也做過(guò)分析。這種接收機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4所示。它采用接收到的前一個(gè)信號(hào)作為本地相關(guān)信號(hào)，當(dāng)下一個(gè)接收信號(hào)與之相關(guān)的結(jié)果大于0時(shí)，表明接收的信號(hào)與前一個(gè)信號(hào)的符號(hào)相同，否則不同。這種方法的實(shí)質(zhì)類似與窄帶系統(tǒng)中的DPSK(差分相位調(diào)制)調(diào)制方法，即利用前一個(gè)信號(hào)的符號(hào)來(lái)判決下一個(gè)信號(hào)的符號(hào)。那么如果前一信號(hào)判斷錯(cuò)誤，下一個(gè)信號(hào)也可能會(huì)判決錯(cuò)誤。從而造成誤碼擴(kuò)散。
通過(guò)上述對(duì)差分相位接收機(jī)方案的描述，可以發(fā)現(xiàn)該方法存在以下三方面的缺點(diǎn)1、正如DPSK調(diào)制方法一樣，該方法會(huì)帶來(lái)比較嚴(yán)重的誤碼擴(kuò)散。
2、從理論上可以證明，該方法的誤碼率性能比RAKE接收機(jī)差。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)及信號(hào)接收方法，減少信號(hào)接收的誤碼率，并可以有效地降低UWB RAKE接收機(jī)電路的復(fù)雜度和解決差分相關(guān)接收機(jī)的誤碼擴(kuò)散問題。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)，包括同步處理電路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行同步處理，確定接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間；本地樣本信號(hào)獲取電路獲取同步后的接收信號(hào)，并用接收到多個(gè)信號(hào)的最大似然估計(jì)值(即均值)作為本地樣本信號(hào)；匹配濾波電路將實(shí)時(shí)接收的信號(hào)與所述的本地樣本信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，獲得相應(yīng)的接收信號(hào)。
所述的同步處理電路包括信號(hào)起始時(shí)間粗測(cè)電路將接收到的信號(hào)與發(fā)送端的本地樣本信號(hào)作相關(guān)處理，確定處理后的信號(hào)的能量值，再與門限電平比較確定是否有信號(hào)，并進(jìn)一步確定所述信號(hào)的粗略起始時(shí)間，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的粗略同步；信號(hào)起始時(shí)間精測(cè)電路基于確定的信號(hào)粗略起始時(shí)間建立多路相關(guān)器，通過(guò)所述的多路相關(guān)器將本地樣本信號(hào)與接收的信號(hào)作相關(guān)處理，并根據(jù)處理結(jié)果確定精確的信號(hào)起始時(shí)間，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的精確同步，所述的本地樣本信號(hào)為經(jīng)過(guò)粗略同步后獲得的每路經(jīng)反饋電路修正的信號(hào)波形。
所述的本地樣本信號(hào)獲取電路包括樣本信號(hào)獲取電路獲取同步后的接收信號(hào)，并作為樣本信號(hào)進(jìn)入樣本平均電路；樣本平均電路將樣本信號(hào)在多個(gè)接收信號(hào)內(nèi)進(jìn)行最大似然(平均)處理，處理結(jié)果作為本地樣本信號(hào)。
所述的本地樣本信號(hào)獲取電路進(jìn)一步包括本地樣本信號(hào)修正電路獲取經(jīng)過(guò)精確同步的接收信號(hào)，并利用該接收信號(hào)對(duì)當(dāng)前的本地樣本信號(hào)進(jìn)行修正處理，獲得新的本地樣本信號(hào)。
本發(fā)明還提供了一種基于上述超寬帶信號(hào)接收的方法，包括A、在接收端獲取接收到的有用信號(hào)，并根據(jù)所述的有用信號(hào)生成本地樣本信號(hào)；B、將生成的本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，獲得相應(yīng)的接收信號(hào)。
所述的步驟A包括A1、在接收端對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行同步處理，確定接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間；A2、獲取同步后接收到的第一個(gè)有用信號(hào)，根據(jù)所述的有用信號(hào)生成本地樣本信號(hào)。
所述的步驟A1包括A11、將接收到的信號(hào)與發(fā)送端發(fā)送的波形信號(hào)作匹配相關(guān)處理，并確定相應(yīng)的信號(hào)能量；A12、判斷所述的信號(hào)能量是否大于設(shè)定的門限值，如果大于，則確定接收到有用信號(hào)，并確定接收到該信號(hào)的時(shí)刻為接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間，執(zhí)行步驟A2，否則，接收到的僅為噪聲信號(hào)，執(zhí)行步驟A11。
所述的步驟A1還包括根據(jù)確定的接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間確定一組接收信號(hào)的起始時(shí)間，并在相應(yīng)的起始時(shí)間接收一組信號(hào)；將接收的一組信號(hào)分別與各自的本地樣本信號(hào)作相關(guān)匹配處理，并確定各自相應(yīng)的信號(hào)能量值；確定其中信號(hào)能量值最大的信號(hào)的同步時(shí)間，并作為接收信號(hào)的精確的基準(zhǔn)時(shí)間。
所述的步驟A2還包括在接收端根據(jù)確定的接收信號(hào)的精確的基準(zhǔn)時(shí)間獲取相應(yīng)的接收信號(hào)，將獲取的信號(hào)與當(dāng)前的本地樣本信號(hào)作樣本平均處理，并獲得新的本地樣本信號(hào)。
所述的將獲取的信號(hào)與當(dāng)前的本地樣本信號(hào)作樣本平均處理，并獲得新的本地樣本信號(hào)進(jìn)一步包括將前一時(shí)刻接收到的未經(jīng)相關(guān)匹配處理的信號(hào)與前一時(shí)刻接收到的經(jīng)過(guò)與本地樣本信號(hào)作相關(guān)匹配處理并判決后的二進(jìn)制信號(hào)相乘；將所述的乘積加上當(dāng)前的本地樣本信號(hào)并作平均處理，處理結(jié)果作為新的本地樣本信號(hào)。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明由于采用最大似然估計(jì)算法改進(jìn)了本地樣本信號(hào)，從而使得所述的本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)可以很好地匹配，有效地降低了接收信號(hào)的誤碼率。這點(diǎn)與差分相關(guān)接收機(jī)不論從實(shí)現(xiàn)方法還是性能看都有實(shí)質(zhì)的不同，因?yàn)閺膶?shí)現(xiàn)方法來(lái)看，差分相關(guān)接收機(jī)總是用接收到的前一信號(hào)與后一個(gè)信號(hào)相關(guān)后做判決。而本發(fā)明的方法是采用最大似然估計(jì)算法獲得本地樣本。在高斯白噪聲信道中，它是接收信號(hào)的平均。一旦接收到的信號(hào)在多個(gè)符號(hào)內(nèi)(幾十個(gè)或一百個(gè)左右)做完平均得到本地樣本信號(hào)后，在以后的接收電路中本地樣本信號(hào)就不再改變，所以也就不再需要平均電路繼續(xù)工作。從性能來(lái)看，差分相關(guān)接收機(jī)有誤碼擴(kuò)散問題，而本發(fā)明沒有。所以本發(fā)明優(yōu)于前者。除上述優(yōu)勢(shì)外，與UWBRAKE接收機(jī)相比，可以省去UWB RAKE接收機(jī)中的RAKE接收機(jī)延遲線部分的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)中的RAKE-8接收機(jī)方案和差分相關(guān)接收機(jī)進(jìn)行的計(jì)算機(jī)仿真可以明顯地看出本發(fā)明的有益效果。如圖8a和圖8b所示，差分相關(guān)接收機(jī)性能最差。其它兩方案比較的結(jié)果是當(dāng)Eb/NO(信噪比)比較小時(shí)，RAKE-8性能比方案2的略優(yōu)，即BER(誤碼率)稍低，但隨著信噪比的增加，本方案性能明顯優(yōu)于RAKE-8方案，即所述的BER明顯比RAKE-8方案的BER要低。這是因?yàn)橛捎谠肼暤臏p小，使其對(duì)本地樣本的影響越來(lái)越小，獲得的相對(duì)信號(hào)能量越來(lái)越大，性能越來(lái)越好。同時(shí)，本發(fā)明還省去了RAKE接收所必須的估計(jì)電路，盡管增加了最大似然(樣本平均)電路，但這個(gè)電路無(wú)論從算法上還是從實(shí)現(xiàn)上都比估計(jì)電路簡(jiǎn)單。
本發(fā)明在解決了RAKE接收機(jī)問題的同時(shí)，也克服了差分相關(guān)器中的誤碼擴(kuò)散問題。這也可以從圖8中的比較曲線中明顯地看出來(lái)。
需要說(shuō)明的是，在上述仿真中如果增加現(xiàn)有技術(shù)中RAKE接收機(jī)的復(fù)雜度，即增加RAKE接收機(jī)的抽頭數(shù)對(duì)性能并不會(huì)有大的改善，參見圖9a和圖9b。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中UWB RAKE接收機(jī)的原理圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中RAKE接收機(jī)的延遲線結(jié)構(gòu)圖；圖3為UWB系統(tǒng)中同一信號(hào)在發(fā)送端和接收端仿真波形圖；圖4為UWB差分相關(guān)接收機(jī)的原理圖；圖5為本發(fā)明中超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)的原理圖；圖6為圖4中同步電路的原理圖；圖7為圖5中的信號(hào)起始時(shí)間檢測(cè)電路的原理圖；圖8a、圖8b分別為本發(fā)明及現(xiàn)有技術(shù)中超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)的誤碼率仿真圖。
圖9a、圖9b為本發(fā)明及RAKE-8與RAKE-20的誤碼率仿真圖。
具體實(shí)施例方式
為減少UWB系統(tǒng)中的誤碼率，則在匹配濾波器中，需要獲得最大的能量輸出，為此需要找到與接收信號(hào)最為匹配的本地樣本信號(hào)。所以本發(fā)明的一個(gè)目的是要改造本地樣本信號(hào)，使之與接收信號(hào)盡量匹配。
本發(fā)明采用了將修正后的接收信號(hào)作為本地樣本信號(hào)的技術(shù)方案，從而增大了本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)的匹配程度。
基于上述思想，本發(fā)明提供了一種超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括以下各處理電路同步處理電路在進(jìn)行有用信號(hào)接收之前，首先需要確定接收信號(hào)的起始時(shí)間，即對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行同步處理，確定接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間；所述的有用信號(hào)為發(fā)送端發(fā)送的業(yè)務(wù)信號(hào)。
本地樣本信號(hào)獲取電路獲取同步捕獲后的接收信號(hào)，并作為本地樣本信號(hào)，該電路進(jìn)一步包括樣本信號(hào)獲取電路和樣本平均電路；所述的樣本信號(hào)獲取電路用于獲取同步后的多個(gè)本地接收信號(hào)，并發(fā)送給樣本平均電路；所述的樣本平均電路則用于將多個(gè)本地接收信號(hào)進(jìn)行平均處理，處理結(jié)果作為本地樣本信號(hào)，由于樣本信號(hào)是接收信號(hào)的最大似然估計(jì)，所以增大了本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)的匹配程度，從而提高接收信號(hào)的準(zhǔn)確性。
匹配濾波電路確定了相應(yīng)的本地樣本信號(hào)后，便可以將實(shí)時(shí)接收的信號(hào)與所述的本地樣本信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，從而獲得相應(yīng)的接收信號(hào)，由于本地樣本信號(hào)是從本地接收信號(hào)獲得，因此，可以大大提高通過(guò)匹配濾波電路接收的信號(hào)的準(zhǔn)確性，降低接收信號(hào)的誤碼率。
經(jīng)過(guò)上面的描述，可以對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案有了相應(yīng)的了解，下面再結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的超寬帶信號(hào)接收機(jī)及其信號(hào)接收的方法的具體實(shí)現(xiàn)方式作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖6所示，所述的同步處理電路包括信號(hào)起始時(shí)間粗測(cè)電路和起始時(shí)間精測(cè)電路。在起始時(shí)間粗測(cè)電路中，由于在接收剛開始時(shí)，無(wú)法確定接收到的信號(hào)是噪聲還是有用信號(hào)，所以必須先將接收到的信號(hào)r(t)與發(fā)送端發(fā)送的本地相關(guān)信號(hào)g(t)通過(guò)信號(hào)能量檢測(cè)電路作相關(guān)匹配處理，并獲得接收信號(hào)的能量值。由于噪聲相關(guān)后的能量比信號(hào)能量小得多，所以當(dāng)有信號(hào)到來(lái)時(shí)，經(jīng)相關(guān)檢測(cè)獲得接收信號(hào)的能量值后，通過(guò)比較電路與設(shè)定的門限值進(jìn)行比較，如果小于所述的門限值，說(shuō)明接收的信號(hào)中只有噪聲，沒有有用信號(hào)；如果大于所述的門限值，則表明接收的信號(hào)中出現(xiàn)有用信號(hào)。將檢測(cè)到有用信號(hào)的時(shí)間經(jīng)調(diào)整后，作為信號(hào)起始時(shí)間檢測(cè)的粗略時(shí)刻，記為基準(zhǔn)時(shí)刻Tb，實(shí)現(xiàn)了接收信號(hào)的粗略同步。
因?yàn)門b是從能量檢測(cè)電路獲得，且由于噪聲的干擾，使能量檢測(cè)中疊加了許多噪聲能量，所以僅用基準(zhǔn)時(shí)刻作為符號(hào)起始時(shí)刻是非常粗略的，為提高估計(jì)精度，彌補(bǔ)由于基準(zhǔn)時(shí)刻不準(zhǔn)確帶來(lái)的誤差，可以采用一種可以檢測(cè)到基準(zhǔn)時(shí)刻前后 的信號(hào)起始時(shí)間精測(cè)電路。因此，經(jīng)過(guò)所述的起始時(shí)間粗測(cè)電路的處理后，所述的信號(hào)還需要進(jìn)入起始時(shí)間精測(cè)電路，以實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的精確同步。此時(shí)，進(jìn)入起始時(shí)間精測(cè)電路中的信號(hào)起始時(shí)間檢測(cè)電路的信號(hào)是疊加了噪聲的有用信號(hào)。所述的信號(hào)起始時(shí)間檢測(cè)電路如圖7所示，它由M(M＞1且為整數(shù))路相關(guān)器組成。相關(guān)器中間一路即第 ( 表示取上整)路相關(guān)開始時(shí)間從基準(zhǔn)時(shí)刻Tb開始，假設(shè)M＝15，則中間一路為第八路，相關(guān)開始時(shí)刻為Tb，從第八路到第十五路依次每路相關(guān)器開始時(shí)刻相差1ns，即每路分別為Tb+1ns，Tb+2ns，…Tb+7ns。而從第七路到第一路依次每路相關(guān)器開始時(shí)刻為Tb-1ns，Tb-2ns…，Tb-7ns。本地樣本信號(hào)是該對(duì)應(yīng)相關(guān)支路接收到的第一個(gè)信號(hào)波形。從第1路到第15路本地樣本信號(hào)分別是Tb-7至Tb+Tf-7、…、Tb至Tb+Tf、…、Tb+7至Tb+Tf+7的信號(hào)波形。然后，每一路分別進(jìn)入相關(guān)器與該支路的接收信號(hào)做相關(guān)，再將各相關(guān)器輸出的相關(guān)信號(hào)通過(guò)比較判決電路與門限電平“0”比較，大于門限電平則判決結(jié)果為“1”，小于門限電平則判決結(jié)果為“-1”。最后，在判決出輸出信號(hào)的同時(shí)，再通過(guò)最大能量選取電路從其中確定最匹配的一路，即信號(hào)能量輸出值最大的信號(hào)的接收時(shí)間作為精確的信號(hào)起始時(shí)間；然后，所述的信號(hào)再進(jìn)入隨后的幀同步電路中。
另外，為減少本地相關(guān)器的路數(shù)，降低電路的復(fù)雜度，可以先通過(guò)噪聲估計(jì)電路對(duì)噪聲的方差進(jìn)行估計(jì)，如圖6所示，然后從信號(hào)總能量中減去噪聲能量，使信號(hào)起始時(shí)間盡量接近檢測(cè)到的信號(hào)時(shí)間，以提高信號(hào)能量檢測(cè)電路確定的接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)刻的精度。
如圖6所示，幀同步電路中的幀捕獲電路比較簡(jiǎn)單，幀同步碼采用7位短Baker(巴克)碼。由于前面已經(jīng)判決出二進(jìn)制信號(hào)的相位，所以用Baker碼相關(guān)器與判決后的“1”或“-1”信號(hào)做滑動(dòng)相關(guān)。大于門限即為幀同步，否則繼續(xù)滑動(dòng)本地Baker碼直到大于判決門限為止。
可以看出，在本發(fā)明所述的同步電路中，本地樣本信號(hào)為該相關(guān)支路接收到的第一個(gè)有用的信號(hào)波形，因此，無(wú)需進(jìn)行信道估計(jì)，節(jié)省了時(shí)間，降低了電路的復(fù)雜度。但采用第一個(gè)信號(hào)作為本地樣本信號(hào)則還會(huì)因?yàn)樵撔盘?hào)受到噪聲的干擾導(dǎo)致所述的本地樣本信號(hào)的精確度降低。所以最好用最大似然法在多個(gè)信號(hào)內(nèi)對(duì)樣本信號(hào)進(jìn)行估計(jì)。在實(shí)際電路中，可以采用一種反饋電路對(duì)本地樣本信號(hào)進(jìn)行修正，即通過(guò)修正電路用接收到的信號(hào)波形不斷地與本地樣本信號(hào)平均，以修正本地樣本信號(hào)，盡量減小本地樣本信號(hào)受噪聲的干擾。修正后的本地樣本信號(hào)用遞推公式表示為 其中m表示第m路信號(hào)；gn,m(t)是當(dāng)前的樣本信號(hào)，rn-1，m(t)是前一時(shí)刻接收到的未經(jīng)過(guò)相關(guān)匹配處理的信號(hào)波形，參見圖6， 是判決出的前一時(shí)刻信號(hào)波形，參見圖7。這樣，假設(shè) 的結(jié)果都正確時(shí)，經(jīng)n次平均后，噪聲能量將減小1/n，且當(dāng)n足夠大時(shí)，可以使噪聲能量足夠小。
本發(fā)明是結(jié)合了同步與接收的一個(gè)整體的接收機(jī)解決方案。當(dāng)然，也可以將兩部分分別處理。如還可以采用其他技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的同步處理，但只要準(zhǔn)確地知道信號(hào)的起始時(shí)間位置T，便可以將接收到的N個(gè)信號(hào)，即從T到T+NTf一段的接收信號(hào)平均處理后作為匹配濾波電路的本地樣本信號(hào)，用于信號(hào)的接收處理。Tf為信號(hào)周期。但從電路設(shè)計(jì)的角度看，將二者作為整體為佳。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)，其特征在于包括同步處理電路對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行同步處理，確定接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間；本地樣本信號(hào)獲取電路獲取同步后的接收信號(hào)，并把接收到的多個(gè)信號(hào)內(nèi)的最大似然估計(jì)值作為本地樣本信號(hào)；匹配濾波電路將實(shí)時(shí)接收的信號(hào)與所述的本地樣本信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，獲得相應(yīng)的接收信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)，其特征在于所述的同步處理電路包括信號(hào)起始時(shí)間粗測(cè)電路將接收到的信號(hào)與發(fā)送端的本地樣本信號(hào)作相關(guān)處理，確定處理后的信號(hào)的能量值，再與門限電平比較確定是否有信號(hào)，并進(jìn)一步確定所述信號(hào)的粗略起始時(shí)間，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的粗略同步；信號(hào)起始時(shí)間精測(cè)電路基于確定的信號(hào)粗略起始時(shí)間建立多路相關(guān)器，通過(guò)所述的多路相關(guān)器將本地樣本信號(hào)與接收的信號(hào)作相關(guān)處理，并根據(jù)處理結(jié)果確定精確的信號(hào)起始時(shí)間，實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的精確同步，所述的本地樣本信號(hào)為經(jīng)過(guò)粗略同步后獲得的每路經(jīng)反饋電路修正的信號(hào)波形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)，其特征在于所述的本地樣本信號(hào)獲取電路包括樣本信號(hào)獲取電路獲取同步后的接收信號(hào)，并作為樣本信號(hào)進(jìn)入樣本平均電路；樣本平均電路將樣本信號(hào)在多個(gè)接收信號(hào)內(nèi)進(jìn)行最大似然(平均)處理，處理結(jié)果作為本地樣本信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)，其特征在于所述的本地樣本信號(hào)獲取電路進(jìn)一步包括本地樣本信號(hào)修正電路獲取經(jīng)過(guò)精確同步的接收信號(hào)，并利用該接收信號(hào)對(duì)當(dāng)前的本地樣本信號(hào)進(jìn)行修正處理，獲得新的本地樣本信號(hào)。
5.一種基于上述超寬帶信號(hào)接收的方法，其特征在于包括A、在接收端獲取接收到的有用信號(hào)，并根據(jù)所述的有用信號(hào)生成本地樣本信號(hào)；B、將生成的本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，獲得相應(yīng)的接收信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超寬帶信號(hào)接收的方法，其特征在于所述的步驟A包括A1、在接收端對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行同步處理，確定接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間；A2、獲取同步后接收到的第一個(gè)有用信號(hào)，根據(jù)所述的有用信號(hào)生成本地樣本信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超寬帶信號(hào)接收的方法，其特征在于所述的步驟A1包括A11、將接收到的信號(hào)與發(fā)送端發(fā)送的波形信號(hào)作匹配相關(guān)處理，并確定相應(yīng)的信號(hào)能量；A12、判斷所述的信號(hào)能量是否大于設(shè)定的門限值，如果大于，則確定接收到有用信號(hào)，并確定接收到該信號(hào)的時(shí)刻為接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間，執(zhí)行步驟A2，否則，接收到的僅為噪聲信號(hào)，執(zhí)行步驟A11。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的起寬帶信號(hào)接收的方法，其特征在于所述的步驟A1還包括根據(jù)確定的接收信號(hào)的基準(zhǔn)時(shí)間確定一組接收信號(hào)的起始時(shí)間，并在相應(yīng)的起始時(shí)間接收一組信號(hào)；將接收的一組信號(hào)分別與各自的本地樣本信號(hào)作相關(guān)匹配處理，并確定各自相應(yīng)的信號(hào)能量值；確定其中信號(hào)能量值最大的信號(hào)的同步時(shí)間，并作為接收信號(hào)的精確的基準(zhǔn)時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超寬帶信號(hào)接收的方法，其特征在于所述的步驟A2還包括在接收端根據(jù)確定的接收信號(hào)的精確的基準(zhǔn)時(shí)間獲取相應(yīng)的接收信號(hào)，將獲取的信號(hào)與當(dāng)前的本地樣本信號(hào)作樣本平均處理，并獲得新的本地樣本信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超寬帶信號(hào)接收的方法，其特征在于所述的將獲取的信號(hào)與當(dāng)前的本地樣本信號(hào)作樣本平均處理，并獲得新的本地樣本信號(hào)進(jìn)一步包括將前一時(shí)刻接收到的未經(jīng)相關(guān)匹配處理的信號(hào)與前一時(shí)刻接收到的經(jīng)過(guò)與本地樣本信號(hào)作相關(guān)匹配處理并判決后的二進(jìn)制信號(hào)相乘；將所述的乘積加上當(dāng)前的本地樣本信號(hào)并作平均處理，處理結(jié)果作為新的本地樣本信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)及信號(hào)接收方法。本發(fā)明的核心思想是利用ML(最大似然)估計(jì)算法改造本地樣本信號(hào)，使之與接收信號(hào)更好地匹配；通過(guò)簡(jiǎn)單推導(dǎo)可以證明在高斯白噪聲信道中，采用最大似然估計(jì)得到的本地樣本信號(hào)應(yīng)該是接收信號(hào)的平均。采用最大似然估計(jì)獲得的本地樣本信號(hào)使得所述的本地樣本信號(hào)與接收信號(hào)可以很好地匹配，有效地降低了接收信號(hào)的誤碼率。它解決了差分相關(guān)接收機(jī)的誤碼擴(kuò)散問題，并且，還省去了RAKE接收所必須的估計(jì)電路，盡管本發(fā)明增加了最大似然(即樣本平均)電路，但這個(gè)電路無(wú)論從算法上還是從實(shí)現(xiàn)上都比估計(jì)電路簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H04B1/16GK1561006SQ20041000641
公開日2005年1月5日 申請(qǐng)日期2004年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月2日
發(fā)明者趙為春, 劉丹譜, 樂光新, 尹長(zhǎng)川, 羅濤, 紀(jì)紅, 郝建軍 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)