[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

摘要

本发明公开了一种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，特征是先采取高速取样提供高时间分辨率，并采取全局最优和局部最优的有限精度量化在降低实现复杂度的基础上通过使偏差度最大来减小量化精度带来的信号幅度信息损失，最后采用似然比门限检验方法估计出到达时间。本发明克服了现有全精度量化方法需采用昂贵且难以实现的高速高位宽数模转化器ADC和能量检测接收方法使用间隔时间较长的积分器而损失时间分辨率的缺点，只使用了有限的高速比较器和简单的后端数字处理即可有效估计到达时间，估计精度非常接近高速取样的全精度量化方法，同时显著好于能量检测接收方法，在大大降低复杂度的情况下提供了较高的到达时间估计精度。

主权项

1.一种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，先对接收到的脉冲超宽带信号使用高速比较器组进行高速取样和有限精度量化；再给出量化后信号的对数似然比检验统计量；使用聂孟-皮尔逊准则和似然比门限检验方法来估计到达时间；包括：首先，发送端发送个数为K、周期为T的脉冲超宽带信号，经过多径信道后，接收端接收到的脉冲超宽带信号式中，d_k为第k个脉冲的符号，下标k＝0，...，K-1；n(t)为加性高斯白噪声，记其单边功率谱密度为N₀；单个发送的脉冲超宽带信号通过信道所产生的包含L个路径的信道响应其中p_l(t)代表第l个路径的响应信号，τ_l代表第l个路径响应信号的延迟时间；该接收到的脉冲超宽带信号r(t)通过带宽为B的低通滤波器，高速取样后取样点r_i，k＝d_kw_i+n_i，k，其中w_i为w_L(t)取样后的有用信号；n_i，k为零均值独立同分布的加性高斯白噪声随机变量，方差每个脉冲周期T中接收信号被取样N次，下标i＝0，...，N-1，取样时间间隔T_s＝T/N，取样点r_i，k共有N×K个；再量化：M个量化电平的量化器Q_M(r_i，k)＝l_m if r_i，k∈(b_m-1，b_m]，其中b_m为第m个量化门限，包括正负无穷门限在内共有M+1个量化门限，l_m为第m个量化电平；然后采用似然比假设检验方法：有用信号w_i存在时假设H₁：量化后信号等于量化电平l_m的概率为pm(i,k)=P(lm|ri,k=dkwi+ni,k)=F(bm-dkwi)-F(bm-1-dkwi);]]>有用信号w_i不存在时假设H₀：量化后信号等于量化电平l_m的概率为q_m＝P(l_m|r_i，k＝n_i，k)＝F(b_m)-F(b_m-1)，其中函数F为零均值方差为的正态概率分布函数，函数f为零均值方差为的正态概率密度函数；将取样位置i上的全局最优量化似然比检验统计量Λ_i进行泰勒展开，获得适合于有用信号w_i较小即信噪比较低情况下取样位置i上的局部最优量化似然比检验统计量最后在似然比门限检验时使用聂孟-皮尔逊准则，在虚警概率α条件下通过使探测概率β最大来确定判决门限，到达时间TOA被估计为第一个过门限的似然比检验统计量所对应的时间；其特征在于：将高斯白噪声方差的取值范围划分为S个区间，每个区间的中间值作为表的索引s，定义在各索引s已知时量化电平l_m的概率为对数化后作为表中每个索引的M个内容，在确定有用信号w_i不存在时，使用设定的量化门限b_m量化高速取样后取样点r_i，k，统计K个周期中取样位置i上的各量化电平的个数分别计算个数与表中每个索引对应内容的内积：再寻找其中最大值所对应的索引s，则高斯白噪声方差的最大似然估计定义局部最优量化电平由初始值出发使用迭代方法，在满足条件即最大化偏差度时，计算出局部最优量化门限表达式，代入高斯白噪声方差的最大似然估计获得具体值；在进行到达时间估计时，使用局部最优量化门限量化取样后信号r_i，k，生成取样位置i上的局部最优似然比检验统计量ΛiLO=wiΣk=0K-1f(bm-1)-f(bm)F(bm)-F(bm-1)dk;]]>根据聂孟-皮尔逊准则，选取判决门限thiLO=wiΦ-1(1-α)(Σk=0K-1dk2Σm=1M[f(bm-1)-f(bm)]2F(bm)-F(bm-1))1/2,]]>其中Φ为标准正态分布函数；最后通过比较和的大小，局部最优量化方式下的到达时间被估计为：TOALO=Tsmini{i||ΛiLOwi|>|thiLOwi|}-Ts/2.]]>