[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明属于超宽带低速无线个域网技术领域，具体涉及测量距离时对接收到的脉冲超宽带信号进行高速取样和有限精度量化来估计到达时间的方法。

背景技术

脉冲超宽带信号到达时间估计方法是目前无线通信领域广泛研究的提供高精度距离信息的有效方法。据《国际电子与电气工程师协会信号处理杂志》(IEEE Signal Process.Magzine，vol.21，Nov.2004，Page(s)：26-54)介绍，由于脉冲超宽带信号在时域上仅有纳秒宽度，频域上占据500MHz以上带宽，可以进行纳秒精度的到达时间估计，从而提供厘米级别的无线测距与定位功能。由于脉冲超宽带信号的以上优点，国际电子与电气工程师协会(IEEE)针对采用超宽带技术的低速无线个域网的无线媒体访问控制层(MAC)和物理层(PHY)规范，制定了超宽带低速无线个域网协议标准(IEEE 802.15.4a TG4a，IEEE Standard for Information Technology-Telecommunications and Information Exchange Between Systems-Local and Metropolitan Area Networks-Specific Requirements Part 15.4a，Aug 2007)，提出了10米范围内低成本低功耗同时具有通信与测距功能的脉冲超宽带低速无线个域网。

现有的脉冲超宽带低速无线个域网标准中对到达时间的估计是一个开放性问题，没有强制标准。据《国际电子与电气工程师协会通信汇刊》(IEEE Transactions on Communication，Vol.58，No.6，2010，Page(s)：1695-1704)介绍，由于脉冲超宽带的大带宽特性，根据奈奎斯特(Nyquist)取样定理：取样频率至少为信号带宽的2倍，对脉冲超宽带信号的接收以及波形重建需要千兆赫兹高速取样率和全精度量化的数模转换器ADC。由于这样的数模转换器是非常昂贵和高功耗的，对于低成本和需要电池供电的脉冲超宽带测距设备来说难以接受。据《国际电子与电气工程师协会无线通信汇刊》(IEEE Transactions on Wireless Communication，Vol.9，No.7，July.2010，Page(s)：2238-2247)介绍，对信号进行能量检测接收的方法可以避免使用高速取样全精度量化的数模转换器ADC，而以积分器代替之。积分器先对积分间隔时间内的接收信号进行平方操作，再进行积分，最后输出积分间隔时间内的信号能量之和，从而重建信号波形以检测到达时间。该方法大大降低了实现复杂度，但是由于积分器的积分间隔时间不可能做的足够小，因而损失了时间分辨率，从而影响到达时间估计精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种低速无线个域网中高速取样有限精度量化的脉冲超宽带信号到达时间估计方法，以避免使用昂贵的高速取样全精度量化的数模转换器ADC，从而降低实现复杂度和功耗同时到达时间估计精度损失较小的目的。