[发明专利]一种欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法

说明书

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通信系统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系统中有着广泛的应用前景。为了与现有窄带系统共享频谱，UWB系统的发射功率谱密极低，远低于窄带系统。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系统的性能。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也会导致很高的系统功耗。

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{ψ_i(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。为了系统实现，该方法基于P设计一组投影函数{ψ_i(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{ψ_i(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，但并行的系统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通信系统中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通信系统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，其系统复杂度低，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通信系统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y_i=[y_i(0),y_i(1)，...,y_i(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。

在根据本发明所述的欠采样率脉冲UWB通信系统中的窄带干扰消除方法中，所述步骤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

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T_h，通过以下公式得到标识NBI分量位置的向量h，

(j=0,1,...,M-1)；

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、p_r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，p_r=[f(0),f(M-1),f(M-2),…,f(1)]。