多路正交橢圓球面波函數(shù)脈沖調(diào)制信號(hào)解調(diào)方法
【專利摘要】一種多路正交PSWF脈沖調(diào)制信號(hào)的解調(diào)方法，首先對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配濾波處理，得到輸出信號(hào)；根據(jù)匹配濾波后輸出能量大小，對(duì)接收到的信號(hào)按功率從大到小的順序進(jìn)行排序，第一個(gè)信號(hào)為最大幅度信號(hào)，最后一個(gè)信號(hào)為最小幅度信號(hào)；檢測(cè)各脈沖的能量差異，若能量差異較大，則采用基于串行干擾消除的白化檢測(cè)方法，若差異較小，則采用解相關(guān)檢測(cè)方法。
【專利說(shuō)明】多路正交橢圓球面波函數(shù)脈沖調(diào)制信號(hào)解調(diào)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無(wú)線電通信中的解調(diào)方法，尤其涉及一種多路正交脈沖調(diào)制信號(hào)的解 調(diào)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 以正交頻分復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，0FDM)為 代表的多載波調(diào)制在同一時(shí)間內(nèi)利用多路相互正交的調(diào)制信號(hào)傳輸信息，可有效提高通信 系統(tǒng)的有效性。非正弦時(shí)域正交調(diào)制方法采用時(shí)域正交、頻譜交疊的多路橢圓球面波函數(shù) (Prolate Spheroidal Wave Functions,簡(jiǎn)稱PSWF)脈沖組傳輸信息，并利用脈沖組間的正 交性解調(diào)信息，有高頻譜利用率和高功率利用率的優(yōu)點(diǎn)（專利：王紅星，趙志勇，劉錫國(guó)， 毛忠陽(yáng)，張磊，舒根春，非正弦時(shí)域正交調(diào)制方法，授權(quán)號(hào)：ZL200810159238. 3)。上述兩 種調(diào)制方法均采用多路正交調(diào)制信號(hào)傳輸信息。利用不同調(diào)制脈沖之間的正交性可有效消 除脈沖間干擾，但其也較容易受到信道非線性失真的影響。以非正弦時(shí)域正交調(diào)制方法為 例，其已調(diào)信號(hào)是由多路正交脈沖疊加而成的。當(dāng)信道特性較為單一且穩(wěn)定時(shí)，依靠脈沖 組的正交性，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)多路脈沖同時(shí)分離，理論上可分離無(wú)數(shù)個(gè)脈沖組成的合成信號(hào)，即 使脈沖組正交性存在微小偏差，也可采用脈沖預(yù)失真、接收端均衡等方法恢復(fù)脈沖組正交 性并實(shí)現(xiàn)多脈沖分離。然而，當(dāng)信道特性較為復(fù)雜且時(shí)變時(shí)，信道本身具有頻率選擇、時(shí)間 色散等不均勻特性，再加上發(fā)射、接收端時(shí)鐘精度等因素，使得脈沖組嚴(yán)格保持相互間正交 特性變得相當(dāng)困難。因此，在這樣的條件下，PSWF脈沖組很難再保持較好的正交性，脈沖之 間會(huì)產(chǎn)生脈沖間干擾，即多脈沖干擾（Multi-pulses Interference, MPI)。當(dāng)系統(tǒng)采用匹 配濾波的解調(diào)方式時(shí)，由于脈沖間的非嚴(yán)格正交，且PSWF脈沖之間的互相關(guān)值呈現(xiàn)振蕩幅 值，導(dǎo)致系統(tǒng)的解調(diào)性能也呈現(xiàn)出振蕩起伏的不穩(wěn)定狀態(tài)，使得系統(tǒng)解調(diào)性能迅速下降，甚 至無(wú)法使用。由此可見(jiàn)，保持脈沖組時(shí)域嚴(yán)格正交特性是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)較好解調(diào)的保證與前提， 然而，接收端脈沖組的非嚴(yán)格正交特性成為制約系統(tǒng)性能改善與提高的障礙。如何在脈沖 組非正交狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)脈沖組的正確分離與解調(diào)，成為亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 通過(guò)對(duì)多路正交脈沖調(diào)制信號(hào)的分析與研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)正交化后的脈沖之間具有 一定的相關(guān)性。采用匹配濾波法進(jìn)行解調(diào)時(shí)，解調(diào)器將除自身信號(hào)外的其它脈沖信號(hào)簡(jiǎn)單 的視為干擾，并與背景噪聲處理一并處理，其性能必然會(huì)有很大程度的降低。是否可以利用 脈沖之間的這種相關(guān)性來(lái)達(dá)到提高系統(tǒng)解調(diào)性能的目的，這為我們提供了一種解決以上問(wèn) 題的新思路。多脈沖檢測(cè)技術(shù)利用多址干擾中一些預(yù)知的信息以及信號(hào)間的相關(guān)特性來(lái)實(shí) 現(xiàn)期望信號(hào)的解調(diào)與檢測(cè)，可有效消除多址干擾的影響，因此具有良好的抗多址干擾的能 力，能夠提高系統(tǒng)的解調(diào)與檢測(cè)性能。其中，線性多脈沖檢測(cè)算法原理簡(jiǎn)單，計(jì)算復(fù)雜度較 低，適用于消除非時(shí)變信道特性帶來(lái)的多址干擾。對(duì)基于PSWF的非正弦時(shí)域正交調(diào)制系統(tǒng) 而言，其傳輸信號(hào)是由多個(gè)脈沖疊加而成。脈沖間正交性被破壞而產(chǎn)生的脈沖間干擾同樣 含有有用的信息并且會(huì)對(duì)解調(diào)判決產(chǎn)生影響，因此，本發(fā)明摒棄了原有的思路，弱化系統(tǒng)對(duì) 脈沖組正交性的依賴程度，結(jié)合多脈沖聯(lián)合檢測(cè)思想，提出了 一種基于白化變換和多脈沖 檢測(cè)的非正弦時(shí)域正交調(diào)制系統(tǒng)解調(diào)方法，能夠改善系統(tǒng)在脈沖組非正交狀態(tài)下的解調(diào)性 能。
[0004] 目前，典型的多脈沖檢測(cè)方法主要有解相關(guān)檢測(cè)和最小均方誤差檢測(cè)。通過(guò)對(duì)這 兩種多脈沖聯(lián)合檢測(cè)方式的分析與對(duì)比可知，傳統(tǒng)的解相關(guān)檢測(cè)法可完全消除脈沖間干 擾，但同時(shí)也增大了干擾噪聲，系統(tǒng)解調(diào)性能的提高是以增大背景噪聲的功率為代價(jià)的。其 中，MMSE法則是在消除多脈沖干擾和不增強(qiáng)背景噪聲之間進(jìn)行了平衡與折中，其性能要優(yōu) 于傳統(tǒng)解相關(guān)法，但是MMSE法需要對(duì)信號(hào)的接收幅度等參數(shù)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。在許多情況 下，這些參量可能是時(shí)變的，導(dǎo)致接收端難以精確估計(jì)，而且參數(shù)估計(jì)的不準(zhǔn)確對(duì)系統(tǒng)的性 能會(huì)造成較大的影響。因此，針對(duì)多脈沖檢測(cè)方法存在的問(wèn)題，提出了一種基于白化變換的 非正弦時(shí)域正交調(diào)制系統(tǒng)多脈沖聯(lián)合解調(diào)方法，該方法在對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行傳統(tǒng)解相關(guān)處理 之后再進(jìn)行白化變換。由于其在解調(diào)過(guò)程中通過(guò)引入了一定量的多脈沖干擾，降低了噪聲， 因此，與傳統(tǒng)解相關(guān)檢測(cè)法相比，在小信噪比條件下，其性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的解相關(guān)檢測(cè)法。 雖然白化變換解相關(guān)檢測(cè)方式能夠在小信噪比情況下取得較好的性能，但是，由于該方式 是通過(guò)引入一定量的多脈沖干擾而達(dá)到降低噪聲的目的，因此，在大信噪比條件下，其性能 比傳統(tǒng)的解相關(guān)檢測(cè)方法有所下降。另外，通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于不同幅度的脈沖信號(hào)來(lái) 說(shuō)，白化變換解相關(guān)檢測(cè)法其解調(diào)性能有所差異。針對(duì)白化變換解相關(guān)檢測(cè)方法存在的不 足之處，本發(fā)明結(jié)合串行干擾抵消（SIC)的思想，利用所解調(diào)的比特及估計(jì)的脈沖參數(shù)對(duì) 脈沖間干擾信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，并在接收信號(hào)中將其消除，從而獲得性能的提升。該方法對(duì)于幅 度不等的脈沖信號(hào)來(lái)說(shuō)，其性能改善程度較大，特別是幅度最小的脈沖信號(hào)。經(jīng)分析后，結(jié) 合基于SIC的白化變換解相關(guān)檢測(cè)方法和傳統(tǒng)解相關(guān)檢測(cè)方法，還給出一種能夠在兩種方 法之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的自適應(yīng)的檢測(cè)方式，該種方式可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的檢測(cè)性能。
[0005] 對(duì)于N路PSWF脈沖調(diào)制信號(hào)s (t)，可表示為：

【權(quán)利要求】
1. 一種多路正交PSWF脈沖調(diào)制信號(hào)的解調(diào)方法，其特征是：首先對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行匹配 濾波處理，得到輸出信號(hào)；根據(jù)匹配濾波后輸出能量大小，對(duì)接收到的信號(hào)按功率從大到小 的順序進(jìn)行排序，第一個(gè)信號(hào)為最大幅度信號(hào)，最后一個(gè)信號(hào)為最小幅度信號(hào)；檢測(cè)各脈沖 的能量差異，若能量差異較大，則采用基于串行干擾消除的白化檢測(cè)方法，若差異較小，則 采用解相關(guān)檢測(cè)方法； 基于串行干擾消除的白化檢測(cè)方法的步驟為： 步驟1)將匹配濾波后的輸出信號(hào)矢量與白化解相關(guān)矩陣相乘，得到輸出量X ; 步驟2)對(duì)輸出量X進(jìn)行判決，i? = sg?，并輸出得到雙極性不歸零碼； 步驟3)由于脈沖幅度不等，使得最大功率信號(hào)的解調(diào)性能得到提升，其誤碼率較小， 因此對(duì)于判決出的比特向量i = 只保留第1個(gè)判決比特，即脈沖幅度最大的比特 忒=sgn (.V,),舍棄向量中的其它比特； 步驟4)利用接收機(jī)估計(jì)的脈沖幅度和延時(shí)等參數(shù)，結(jié)合估計(jì)比特爲(wèi)對(duì)幅度最大的脈 沖信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)； 步驟5)將重構(gòu)的最大幅度的脈沖信號(hào)從接收信號(hào)中去除，即 Γ(2:(?) = Γ"Α) -為心々），其中^^⑴⑴=r(t); 步驟6)將消除了最大幅度脈沖的信號(hào)再重復(fù)步驟（1)?（5)，如此循環(huán)，直到完成最小 幅度脈沖的解調(diào)； 當(dāng)利用解相關(guān)檢測(cè)方法進(jìn)行解調(diào)時(shí)，計(jì)算訓(xùn)練脈沖組和接收脈沖組的互相關(guān)矩陣R〇的 擬矩陣爲(wèi)Λ將匹配濾波器輸出信號(hào)向量Z與互相關(guān)矩陣的逆矩陣馬1相乘，得到輸出量y， 對(duì)y進(jìn)行判決，得到最終的解調(diào)信息』=sgr^j) 〇
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路正交PSWF脈沖調(diào)制信號(hào)的解調(diào)方法，其特征是，所述 的檢測(cè)各脈沖的能量差異，通過(guò)對(duì)匹配濾波器輸出信號(hào)功率的方差進(jìn)行門限判決的方式實(shí) 現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK104104643SQ201410376728
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】王紅星, 張磊, 陳昭男, 劉傳輝 申請(qǐng)人:王紅星