CN102710290A - 一种欠采样率脉冲uwb通信***中的窄带干扰消除方法 - Google Patents
一种欠采样率脉冲uwb通信***中的窄带干扰消除方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102710290A CN102710290A CN2012101944995A CN201210194499A CN102710290A CN 102710290 A CN102710290 A CN 102710290A CN 2012101944995 A CN2012101944995 A CN 2012101944995A CN 201210194499 A CN201210194499 A CN 201210194499A CN 102710290 A CN102710290 A CN 102710290A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- narrow
- band interference
- uwb
- vector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Noise Elimination (AREA)
Abstract
本发明涉及一种欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除方法和装置,该方法包括以下步骤:S1、对接收的第一个未包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样,得到采样向量y1,计算窄带干扰信号的正交投影矩阵;S2、对后续接收的包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样,得到采样向量yi,基于NBI信号的正交投影矩阵得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。本发明可以有效地消除NBI信号,提高信干比,其***采样率远低于奈奎斯特采样率,且本发明中NBI估计与消除完全放在数字域进行,无需并行***结构,也无需产生模拟投影信号,大大降低了***复杂度和实现难度。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信领域,更具体地说,涉及一种欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除方法和装置。
背景技术
脉冲超宽带(UWB)技术作为一种无线通信技术方案,以其低复杂度、低成本、高定位精度等优点,在无线传感器网络和高精度定位与导航***中有着广泛的应用前景。为了与现有窄带***共享频谱,UWB***的发射功率谱密极低,远低于窄带***。然而,对UWB通信来说,窄带信号是一种干扰,并且功率很高,窄带干扰(NBI)会严重影响UWB***的性能。因此,NBI的估计与消除是UWB通信中非常重要的问题。
对于传统数字接收机,NBI信号检测方案中通常以奈奎斯特率对接收信号r(t)进行采样,然后基于快速傅里叶变换(FFT)对采样信号进行分析,估计出NBI信号在频域的精确位置及谱特征,最后通过设计滤波器完成对NBI信号的消除。然而,由于UWB通信带宽很大,可达数吉赫兹,根据奈奎斯特采样定理,这种方案需要极高的采样频率,很难由单一模数转换器(ADC)实现,即使实现,高速ADC也会导致很高的***功耗。
近几年来出现的压缩感知(CS)理论为NBI信号检测与消除提供了新的思路。基于CS方案的接收机结构如图1所示。接收机无需以奈奎斯特率进行采样,而是采用一组并行的乘积累积器和低速ADC对接收信号进行投影,得到采样向量y,然后在数字域完成对UWB信号的检测。其中,投影函数{ψi(t)}的选取主要有如下两种方法:
(1)利用NBI信号在UWB信号频谱范围内稀疏的特点,基于压缩感知理论估计出NBI信号子空间,然后基于该子空间设计一个投影矩阵P,使得NBI信号属于的P零空间,此时,P可将NBI信号映射为零向量。为了***实现,该方法基于P设计一组投影函数{ψi(t)}将NBI信号映射为零,以此消除窄带干扰。然而,该方法中NBI信号子空间估计复杂度高,且投影函数波形产生困难。
(2)第二种方法是将{ψi(t)}选取为一组单频正弦或者余弦信号,其频率均匀分布在UWB信号频谱范围内。通常窄带干扰的功率远大于UWB信号,如果在某一个支路所对应的频点处存在窄带干扰,采样值会出现异常,并可以被检测出来。那么,直接将该支路的采样值删除便可抑制NBI。然而,由于UWB信号能量在整个频谱中分散的特点,采用单频点投影函数不能有效的获取UWB信号能量,不利于UWB信号的检测。
另外,虽然基于压缩感知的方案降低了对采样率的要求,但并行的***结构使得接收机复杂度非常高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有UWB通信***中NBI的估计与消除方法复杂度高的缺陷,提供一种欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除方法,接收机端直接对滤除带外噪声后信号进行低速采样,NBI信号估计与消除完全在数字域进行,其***复杂度低,易于实现。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除方法,包括以下步骤:
S1、对接收的第一个未包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样,得到M×1维采样向量y1,基于采样向量y1计算窄带干扰信号的正交投影矩阵
S2、对后续接收的包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样,得到M×1维采样向量yi=[yi(0),yi(1),...,yi(M-1)],其中i表示信息包的序号,基于NBI信号的正交投影矩阵通过得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。
S11、对向量y1进行M点的快速傅里叶变换得到其FFT变换向量λ;
S12、设定判决门限Th,通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h,
S13、计算窄带干扰信号的正交投影矩阵正交投影矩阵为以向量f作为第一列、pr作为第一行的托普利茨矩阵;其中向量f为向量h求反傅里叶变换获得,pr=[f(0),f(M-1),f(M-2),…,f(1)]。
本发明还提供了一种欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除装置,包括:前端滤波器、低速ADC和数字信号处理器;
所述前端滤波器用于对接收的信息包滤除带外噪声;其中,接收的第一个信息包未包含UWB信号,后续接收的信息包包含UWB信号;
所述低速ADC用于对滤除带外噪声后的信号进行采样,得到M×1维采样向量yi=[yi(0),yi(1),...,yi(M-1)],其中i表示信息包的序号;
在根据本发明所述的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消装置中,所述数字信号处理器进一步包括窄带干扰信号估计模块和窄带干扰信号消除模块;
在根据本发明所述的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消装置中,所述数字信号处理器还包括信号检测模块,用于将UWB信号转换为信息符号输出。
对向量y1进行M点的快速傅里叶变换得到其FFT变换向量λ;设定判决门限Th,通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h,
本发明还提供了一种欠采样率脉冲UWB通信***,包括如上所述的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除装置。
实施本发明的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除方法和装置,具有以下有益效果:本发明可以有效地消除NBI信号,提高信干比,其与基于奈奎斯特采样的方法相比较,***采样率可以得到大大降低,降低了ADC的实现难度和功耗;与基于CS的方案相比较,本发明直接对滤波后的接收信号进行低速采样,NBI估计与消除完全放在数字域进行,无需并行***结构,也无需产生模拟投影信号,大大降低了***复杂度和实现难度。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
图1为现有技术中基于CS方案的接收机结构图;
图2为根据本发明的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除方法的流程图;
图3为根据本发明的方法中计算窄带干扰信号的正交投影矩阵的流程图;
图4为根据本发明的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除装置的模块框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。
本发明中,首先假定K个比特组成一个信息包,以包为单位进行信息发送和接收,当前包与下一个包之间的时间间隔足够大以使得接收信号中无包间干扰。本发明构思了一种欠采样率脉冲UWB通信***的窄带干扰信号消除方法和***,主要原理在于使第一个信号包不携带UWB信号,利用该第一个信号包进行NBI信号估计,利用估计的NBI信号参数值对后续信号包中的NBI信号进行滤除。
下面对本发明的NBI信号估计和消除的原理及具体推算过程进行说明。
在本发明中,欠采样率脉冲UWB通信***的接收机首先对接收到的信息包的信号进行前端滤波,滤除***工作频带以外的噪声,即滤除带外噪声,然后由低速ADC采样得到当前包的M×1维采样向量yi,最后将yi送入到数字信号处理器进行窄带干扰的估计或消除。UWB信道估计和信号检测算法已有相关文献介绍,本发明中不再论述。
本发明中欠采样率脉冲UWB通信***的结构非常简单,只包含前端滤波器、低速ADC和数字信号处理器三个模块。而窄带干扰的估计或消除主要在数字信号处理器,因此在此对数字信号处理器的原理进行详细描述。
令△t表示低速ADC的采样时间间隔,Ty表示经过UWB信道后每个包的持续时间,那么当前接收的信息包的低速采样值可以表示为:
其中,yi=[yi(0),yi(1),…,yi(M-1)],i表示信息包的序号;uUWB(t)为接收到的UWB信号,其带宽为B,中心频率为fc;n(t)为带限高斯噪声;nI(t)是带宽为BI,中心频率为fI的NBI信号。NBI信号带宽远小于UWB信号带宽,即BI<<B。另外,fc-B/2-BI/2≤fI≤fc+B/2+BI/2,即NBI信号位于UWB通信频段内。为了衡量***采样率降低的程度,定义降采样系数:
其中,用2B近似表示UWB信号的奈奎斯特采样频率。
先前的NBI消除方案,通常都需要估计出NBI信号在频域的精确位置,然后通过时域或者频域滤波的方法去除NBI。然而,本发明指出,在UWB通信中,去除窄带干扰是最终目的,在这个目标前提下,NBI信号的精确估计不是必须的。
本发明的基本思想如下:在欠采样***中,虽然通常有Us<<1,但为了获取足够多用于信号检测的UWB信号能量,***采样率和2倍NBI信号带宽相比较仍然足够大,即满足1/Δt>>2BI。因此,除不能反映NBI信号在频域的精确频点位置外,采样向量yi的FFT可以近似完整的反映NBI信号的频域特征,并且NBI分量在FFT域稀疏。另外,由于NBI信号的能量会远大于UWB信号和噪声的能量,那么,在FFT域,NBI分量幅度值也会远大于其它分量,即容易从FFT域辨别NBI分量所在的位置。NBI信号在频域的稀疏性和显著性使得低速采样下近似实现对NBI信号的检测和消除成为可能。
其中,i≥2,uUWB和n分别表示UWB信号和噪声在当前包中的采样向量。下边给出矩阵的推导过程。
由FFT,y1可以重新表示为:
y1=Wξ+Wκ=Wλ, (4)
其中,W∈□M×M 为FFT变换矩阵。ξ∈□M×1和κ∈□M×1分别为nI和n的FFT域表示。
由于NBI信号能量远大于噪声能量,且1/Δt>>2BI,那么,nI可以由向量λ中的少数几个绝对值很大的分量近似表示。基于该特点,可以通过对|λ|设定一个门限来检测出NBI分量在λ中的位置,即,
(j=0,1,...,M-1), (5)
其中,α>0,σ=median(|λ|)/0.6745,median表示求中位数。
那么,NBI信号就可以采用如下方法得到去除:
请参阅图2,为根据本发明的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除方法的流程图。下述步骤中选用的参数与前述对NBI信号的估计和消除的原理描述中涉及的参数一致,且原理也一致。如图2所示,该实施例的方法包括以下步骤:
首先,在步骤S1中,对接收的第一个未包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样,得到M×1维采样向量y1,基于采样向量y1计算窄带干扰信号的正交投影矩阵本实施例中可以选取如下参数:B=3GHz,fc=4GHz,BI=10MHz,fI=3.7GHz,Ty=900ns,α=0.5。降采样系数Us=1/7,即在本例中对应的采样率fs约为870MHz。第一个接收到的包中不含UWB信号,只有NBI信号和噪声。在第一个信号包的持续时间内,以采样率fs对滤除带外噪声后的信号进行采样,得到M×1维采样向量y1,M的值由Ty和fs共同决定。
随后,在步骤S2中,对后续接收的包含UWB信号的信息包滤除带外噪声后的信号进行采样,得到M×1维采样向量yi=[yi(0),yi(1),...,yi(M-1)],其中i表示信息包的序号,基于NBI信号的正交投影矩阵通过得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。本步骤在时域完成对NBI信号的消除。用投影矩阵乘后续包的采样向量yi,即通过完成对NBI信号的消除。消除NBI信号后,即可根据现有的信号检测算法完成UWB信号的检测。
请参阅图3为根据本发明的方法中计算窄带干扰信号的正交投影矩阵的流程图。上述步骤S1中通过以下步骤基于采样向量y1计算窄带干扰信号的正交投影矩阵
首先,在步骤S11中,对向量y1进行M点的快速傅里叶变换得到其FFT变换向量λ。
随后,在步骤S 12中,设定判决门限Th,通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h,
其中,判决门限Th利用前述原理中提到的方法如公式(6)进行计算。
最后,在步骤S13中,对向量h求反傅里叶变换得到向量f。计算窄带干扰信号的正交投影矩阵正交投影矩阵为以向量f作为第一列、pr作为第一行的托普利茨矩阵;其中pr=[f(0),f(M-1),f(M-2),…,f(1)]。
请参阅图4,为根据本发明的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除装置的模块框图,该窄带干扰消除装置包括:前端滤波器10、低速ADC20和数字信号处理器30;
其中,前端滤波器10用于对接收的信息包滤除带外噪声;该欠采样率脉冲UWB通信***接收的第一个信息包未包含UWB信号,后续接收的信息包包含UWB信号。
低速ADC20用于对滤除带外噪声后的信号进行采样,得到M×1维采样向量yi=[yi(0),yi(1),...,yi(M-1)],其中i表示信息包的序号。
上述数字信号处理器30进一步包括窄带干扰信号估计模块31和窄带干扰信号消除模块32,其中窄带干扰信号估计模块31用于基于采样向量y1计算窄带干扰信号的正交投影矩阵窄带干扰信号消除模块32用于基于NBI信号的正交投影矩阵通过得到消除窄带干扰信号后的UWB信号。优选地,数字信号处理器还包括信号检测模块33,用于将UWB信号转换为信息符号输出。
首先,对向量y1进行M点的快速傅里叶变换得到其FFT变换向量λ;
随后,设定判决门限Th,通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h,
(j=0,1,...,M-1);
最后,计算窄带干扰信号的正交投影矩阵正交投影矩阵为以向量f作为第一列、pr作为第一行的托普利茨矩阵;其中向量f为向量h求反傅里叶变换获得,pr=[f(0),f(M-1),f(M-2),…,f(1)]。
本发明还提供了一种欠采样率脉冲UWB通信***,包括前述的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除装置。
综上所述,本发明中的NBI信号估计与消除方法和基于奈奎斯特采样的方法相比较,***采样率可以得到大大降低,因此,降低了ADC的实现难度和功耗。另外,与基于CS的方案相比较,本方法直接对滤波后的接收信号进行低速采样,NBI估计与消除完全放在数字域进行,无需并行***结构,也无需产生模拟投影信号,大大降低了***复杂度和实现难度。仿真结果表明,本发明方案可以有效地消除NBI信号,提高信干比。
本发明是根据特定实施例进行描述的,但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时,可进行各种变化和等同替换。此外,为适应本发明技术的特定场合或材料,可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此,本发明并不限于在此公开的特定实施例,而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。
Claims (7)
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述数字信号处理器还包括信号检测模块,用于将UWB信号转换为信息符号输出。
7.一种欠采样率脉冲UWB通信***,其特征在于,包括权利要求3-6中任意一项所述的欠采样率脉冲UWB通信***中的窄带干扰消除装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210194499.5A CN102710290B (zh) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | 一种欠采样率脉冲uwb通信***中的窄带干扰消除方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201210194499.5A CN102710290B (zh) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | 一种欠采样率脉冲uwb通信***中的窄带干扰消除方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102710290A true CN102710290A (zh) | 2012-10-03 |
CN102710290B CN102710290B (zh) | 2015-01-28 |
Family
ID=46902880
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201210194499.5A Expired - Fee Related CN102710290B (zh) | 2012-06-13 | 2012-06-13 | 一种欠采样率脉冲uwb通信***中的窄带干扰消除方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102710290B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103873111A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-18 | 山东大学 | 压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制***及方法 |
CN109120279A (zh) * | 2017-06-22 | 2019-01-01 | 恩智浦有限公司 | 使用不均匀欠采样来实现软件定义无线电的方法和设备 |
CN109842578A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-04 | 武汉船舶通信研究所(中国船舶重工集团公司第七二二研究所) | 一种信号重建方法、装置及*** |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050018750A1 (en) * | 2003-03-03 | 2005-01-27 | Foerster Jeffrey R. | Ultra-wideband transceiver architecture and associated methods |
CN101286752A (zh) * | 2008-05-28 | 2008-10-15 | 北京交通大学 | 一种超宽带正交成形脉冲实现方法 |
CN102263574A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-11-30 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种通信***中窄带干扰检测抑制方法、装置和接收机 |
-
2012
- 2012-06-13 CN CN201210194499.5A patent/CN102710290B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050018750A1 (en) * | 2003-03-03 | 2005-01-27 | Foerster Jeffrey R. | Ultra-wideband transceiver architecture and associated methods |
CN101286752A (zh) * | 2008-05-28 | 2008-10-15 | 北京交通大学 | 一种超宽带正交成形脉冲实现方法 |
CN102263574A (zh) * | 2011-06-13 | 2011-11-30 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种通信***中窄带干扰检测抑制方法、装置和接收机 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
李思佳等: "《基于LDPC-FFT-DSSS的通用宽带数据链上行链路NBJ抑制方案》", 《电路与***学报》 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103873111A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-18 | 山东大学 | 压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制***及方法 |
CN103873111B (zh) * | 2014-03-25 | 2015-10-21 | 山东大学 | 压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制***及方法 |
CN109120279A (zh) * | 2017-06-22 | 2019-01-01 | 恩智浦有限公司 | 使用不均匀欠采样来实现软件定义无线电的方法和设备 |
CN109120279B (zh) * | 2017-06-22 | 2021-06-25 | 恩智浦有限公司 | 使用不均匀欠采样来实现软件定义无线电的方法和设备 |
CN109842578A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-06-04 | 武汉船舶通信研究所(中国船舶重工集团公司第七二二研究所) | 一种信号重建方法、装置及*** |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102710290B (zh) | 2015-01-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Berger et al. | Signal processing for passive radar using OFDM waveforms | |
CN102944884B (zh) | Gnss接收机检测并消除窄带干扰的方法 | |
CN106597404A (zh) | 太赫兹云雷达信号处理方法及*** | |
CN110412557B (zh) | 一种基于ofdm信号的测量速度和距离的方法及装置 | |
CN102645659B (zh) | 一种基于频率统计的频域滤波算法 | |
CN102263601B (zh) | 一种宽带多信号检测方法 | |
KR20140005123A (ko) | 무선 통신 시스템에서 다중 경로 신호 추정 | |
CN105791194B (zh) | 一种可抗窄带干扰的同步方法及其*** | |
CN110133632B (zh) | 一种基于cwd时频分析的复合调制信号识别方法 | |
CN101909024A (zh) | 最大多普勒频偏的估计方法和装置 | |
CN105572473B (zh) | 高分辨率线性时频分析方法 | |
CN103873111A (zh) | 压缩感知的脉冲超宽带接收机的窄带干扰抑制***及方法 | |
CN103901407A (zh) | C波段捷变频雷达信号侦收方法 | |
CN102377452A (zh) | 高速取样有限精度量化脉冲超宽带信号到达时间估计方法 | |
CN110161472A (zh) | 一种基于信号复用的宽带车载毫米波雷达解速度模糊方法 | |
CN102546499A (zh) | 一种实线性调频信号的分数阶信道化接收方法 | |
CN102710290B (zh) | 一种欠采样率脉冲uwb通信***中的窄带干扰消除方法 | |
CN101881821A (zh) | 一种分数阶傅里叶域信道化接收方法 | |
CN106656372B (zh) | 一种跳频***的频带干扰检测方法 | |
CN112994741B (zh) | 跳频信号参数测量方法、装置和电子设备 | |
CN108900445A (zh) | 一种信号符号率估计的方法及装置 | |
CN113176542A (zh) | 一种时域自适应抗主瓣自卫式干扰方法及*** | |
CN103944845A (zh) | 全频谱载波调制的相关检测方法 | |
CN108169561B (zh) | 基于反馈结构的多谐波信号欠采样方法及*** | |
CN102843165A (zh) | 应用于脉冲超宽带***的非线性信号处理方法和装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150128 Termination date: 20190613 |