專利名稱：獲取接收到的脈沖無線電信號的方法、系統(tǒng)和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及脈沖無線電信號，尤其涉及獲取超寬帶寬信號。
背景技術(shù)：
在能夠解調(diào)接收到的超寬帶寬(UWB)信號之間，模板信號必須與接收到的信號對準(zhǔn)。對準(zhǔn)的目的是確定接收到的信號相對于模板信號的相對延遲。這個過程被稱為信號捕獲。
常規(guī)地，通過串行搜尋不確定區(qū)域中小區(qū)的可能延遲時間來執(zhí)行對準(zhǔn)，見Simon等人的“Spread Spectrum CommunicationsHandbook”，McGraw-Hill，New York，1994。關(guān)于時間的每個不同搜索位置，即時間間隔，被稱為小區(qū)。如果信號存在在延遲位置，那么那個小區(qū)被稱為信號小區(qū)。在這個方法中，將接收到的信號與模板信號相關(guān)，并且將相關(guān)的輸出與閾值比較。如果輸出低于閾值，則將模板信號偏移某個量的時間。偏移的時間通常對應(yīng)于可分辨的路徑間隔。然后，這個信息被用于重復(fù)相關(guān)，直到輸出超過閾值。
如果相關(guān)的輸出是來自于信號路徑和模板信號對準(zhǔn)的情況，則被稱為信號小區(qū)輸出，否則，被稱為非信號小區(qū)輸出。當(dāng)非信號小區(qū)輸出超過閾值時，發(fā)生錯誤報警。在這種情況下，經(jīng)過時間tp，直到搜索恢復(fù)。這個時間被稱為錯誤報警的懲罰。
由于UWB信號的短時間分辨率，所以串行搜索所有延遲位置可能需要很長的時間。因此，對準(zhǔn)方法必須很快，使得分配給捕獲UWB信號的時間減少。
對于大的N值，串行搜索的的平均捕獲時間直接與不確定區(qū)域中小區(qū)數(shù)量N成比例，見Polydoros等人的“A unified approach to serialsearch spread-spectrum code acquisition-Part IGeneral Theory”，IEEE Trans.Comm.，Vol.COM-32，pp.542-549，May 1984。圖3以通常形式表示了具有模板301的不確定區(qū)域300的現(xiàn)有技術(shù)串行小區(qū)搜索的基本操作。
因此，需要一種方法和系統(tǒng)，能夠在比已知的現(xiàn)有技術(shù)串行搜索技術(shù)短的時間中獲取UWB信號。

發(fā)明內(nèi)容
在脈沖無線電通信系統(tǒng)，例如超寬帶寬(UWB)通信中，必須在能夠解調(diào)信號之前獲取接收到的無線電信號。由于UWB信號的窄脈沖的非常短的時間分辨率，所以必須搜索相當(dāng)多的可能的信號位置，即延遲，以便獲得接收到的信號。因此，快速信號捕獲對于脈沖無線電通信非常重要。
根據(jù)本發(fā)明的順序分塊搜索方法(SBS)首先使用第一模板信號確定其中可能存在的接收到的信號小區(qū)、對于時間小的區(qū)域。然后，詳細(xì)搜索這個區(qū)域，以使用第二模板信號找出信號的準(zhǔn)確延遲。
接收到的信號與第一模板信號的相關(guān)有效地添加了一些小區(qū)輸出。然后，結(jié)果被用作確定那個區(qū)域通常是否包含信號小區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。
如果區(qū)域的相關(guān)輸出超過指定的閾值，則使用第二模板信號詳細(xì)地串行搜索塊。
順序分塊搜索和串行小區(qū)搜索步驟的相關(guān)間隔不是必須相同。實際上，塊搜索的相關(guān)間隔通常被選擇為更長，以便能夠以高概率發(fā)現(xiàn)正確的分塊。
在強(qiáng)(harsh)非視線(NLOSnon-line-of-sight)條件中，存在多個多徑，其使信號捕獲更復(fù)雜。如果需要在這樣的條件下獲得第一路徑或少數(shù)第一路徑，則使用根據(jù)本發(fā)明的平均分塊搜索方法。在這個方法中，多個串行搜索輸出被平均，并且相繼的平均值之間的增加量與閾值比較，以檢測接收到的信號的開始邊緣。
如果平均值中有顯著的增加，那么進(jìn)一步搜索導(dǎo)致增加的小區(qū)的輸出，以確定接收到的信號的第一路徑。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的順序分塊搜索方法和系統(tǒng)的框圖；以及圖2是根據(jù)本發(fā)明的平均分塊搜索方法和系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
在二進(jìn)制相移鍵控隨機(jī)跳時脈沖無線電(TH-IR)系統(tǒng)中，可以用以下模型表示發(fā)射的信號 其中，wtr是發(fā)射的單位能量脈沖，Tf是平均脈沖重復(fù)時間，Nf是表示一個信息符號的脈沖數(shù)量，b是發(fā)射的信息符號，即0或1。
為了允許多個用戶使用信道并避免嚴(yán)重的沖突，為每個用戶分配偽隨機(jī)序列{cj}這個序列被稱為跳時(TH)序列。TH序列為信號的第j個脈沖提供附加的cjTc時移，其中Tc有時被成為碼片間隔。為了防止脈沖重疊，選擇碼片間隔滿足Tc≤Tf/Nc。
考慮編碼的IR系統(tǒng)，其中dj是二進(jìn)制隨機(jī)變量，對于i≠j，di和dj是獨立的，以1/2的概率取每個值±1，見Fishler等人的“On thetradeoff between two types of processing gain”，40thAnnual AllertonConference on Communication，Control，and Computing，2002。這個系統(tǒng)可以被視為Tf＝Tc的隨機(jī)碼分多址無線電信號(RCDMA)系統(tǒng)。在這種情況中，Nf也表示處理。
定義序列{sj}如下 于是，不失一般性地，假設(shè)Tf/Tc＝Nc，等式(1)可以表示為
假設(shè)，在捕獲階段不進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制，即bj/NfNck=1∀j.]]>在這種情況下，單個用戶系統(tǒng)中平坦衰落信道上接收的信號可以被表示為r(t)=Σj=-∞∞sfwrec(t-jTc-τ)+σnn(t),---(4)]]>其中wrec(t)是接收到的UWB脈沖，并且n(t)是具有單位功率譜密度的白高斯噪聲。這個模型近似地表示具有強(qiáng)第一分量的視線(LOSline-of-sight)情況。
取不確定區(qū)域中小區(qū)數(shù)量為N＝NfNc。這些小區(qū)中的一個小區(qū)是信號小區(qū)，而其他小區(qū)是非信號小區(qū)。
模板信號假設(shè)沒有用于捕獲目的的數(shù)據(jù)調(diào)制，則用于等式(3)中信號模型的串行搜索信號中所使用的模板信號可以表示如下sm2(c)(t)=Σn=jNc(j+m2)Nc-1snwrec(t-nTc),---(5)]]>其中，m2是對其進(jìn)行相關(guān)的脈沖的數(shù)量。
順序分塊搜索對于根據(jù)本發(fā)明的順序分塊搜索(SBS)，存在兩個不同的模板信號。第一模板信號用于搜索小區(qū)塊，而第二模板信號與串行搜索中使用的模板信號類似。
用于等式(3)中所述信號模型的第一模板信號可以表示如下sm1(b)(t)=Σi=0K-1Σn=jNc(j+m1)Nc-1snwrec(t-nTc-iTc-(b-1)KTc),---(6)]]>其中，B是不確定區(qū)域中塊的數(shù)量，每個塊包括K個小區(qū)，并且m1是對其進(jìn)行相關(guān)的脈沖的數(shù)量。為了簡化，假設(shè)不確定小區(qū)的總數(shù)量可以表示為N＝KB。將值Tc取為最小可分辨路徑間隔。
接收到的信號和等式(6)中第一模板信號的相關(guān)的輸出用作快速測試，以檢驗整個塊是否包含信號小區(qū)。然后，接收到的信號和第二模板信號的相關(guān)輸出用于塊的詳細(xì)搜索中。
當(dāng)前正在被搜索的分塊的索引是b，而最初b＝1。于是，SBS方法可以描述如下1)使用第一模板信號 檢驗第b個塊。
2)如果第b個塊的輸出不高于塊閾值，τb，則跳到步驟6。
3)如果第b個塊的輸出高于塊閾值，τb，則更詳細(xì)地搜索塊，即使用第二模板信號 以信號閾值τs一個小區(qū)一個小區(qū)地串行搜索。
4)如果在塊中沒有檢測到信號小區(qū)，則跳到步驟6。
5)如果在塊中檢測到信號小區(qū)，結(jié)束。
6)設(shè)b＝(bmodB)+1，并跳到步驟1。
如果在串行搜索部分中出現(xiàn)錯誤報警(FA)，在作為幀時間的懲罰時間的C個時間單位以后以下一個小區(qū)重新開始搜索。
在步驟5中，“檢測信號小區(qū)”表示信號小區(qū)輸出超過信號閾值τs。類似地，步驟4中，“沒有檢測到信號小區(qū)”表示信號小區(qū)不在塊中，或者即使小區(qū)在塊中，小區(qū)輸出低于信號閾值τs。
圖1表示SBS方法。將接收到的信號101與等式(6)的第一模板信號相關(guān)，并且輸出111與塊閾值τb比較120。
如果不超過塊閾值121，則判定單元使同步單元130調(diào)整131第一模板信號的延遲，并且執(zhí)行與接收到的信號的另一個相關(guān)110。
當(dāng)塊輸出111高于塊閾值τb，則使用等式(5)中的第二模板信號，并且串行地搜索塊中的小區(qū)。換言之，判定單元120比較輸出與閾值，并且判定是否檢測到信號122，或沒有檢測到121，而同步單元130調(diào)整131模板信號的延遲，并發(fā)送相應(yīng)延遲到相關(guān)單元。
平均分塊搜索平均分塊搜索方法在強(qiáng)NLOS條件中是適當(dāng)?shù)?。這個方法的基本思路是使用多個串行相關(guān)輸出的平均值，以看到輸出值中大的增加。這個增加表示信號小區(qū)的開始。這種情況中接收到的信號表示為r(t)=Σj=∞∞Σl=1Lαlsjwrec(t-jTc-τ1)+σn(t),---(7)]]>其中αl是幅度系數(shù)，而τl是第l個多徑分量的延遲。
考慮接收到的信號與以下模板信號相關(guān)的輸出sm(c)(t)=Σn=jNc(j+m)Nc-1snwrec(t-nTc)---(8)]]>如果這個相關(guān)的結(jié)果的絕對值是z1，...，zN，則可以定義wi=1KΣj=iK+1(i+1)Kzj,---(9)]]>其中假設(shè)N＝KB。
設(shè)i為現(xiàn)在正在被搜索的平均分塊的索引，最初i＝0。于是，ABS方法可以描述如下1)檢驗連續(xù)平均之間的差wimodB-w(i-1)modB。
2)如果差不高于第一閾值τa，跳到步驟6。
3)如果差高于第一閾值τa，通過與第二閾值τc比較，串行地檢驗z(imod B)K+1，...，z(imod B)+1)K。
4)如果沒有檢測到信號小區(qū)，跳到步驟6。
5)如果檢測到信號小區(qū)，結(jié)束。
6)設(shè)i＝(i+1)mod B，并跳到步驟1。
圖2表示ABS方法和系統(tǒng)200。在這個實施例中，并行使用多個相關(guān)器210，平均單元215。接收到的信號r(t)201首先與具有不同延遲的第一模板信號相關(guān)210。然后，這些相關(guān)的絕對值被平均220，并通過判定單元230與前一個平均值比較。如果平均值存在明顯增加，以及如果相應(yīng)塊中串行搜索輸出中的任何一個超過閾值，則檢測信號231。
如果不進(jìn)行檢測232，則同步單元240調(diào)整模板信號的延遲，并且在進(jìn)行相同步驟。
注意，即使框圖表示K個相關(guān)器和平均單元的情況，但是本方法和系統(tǒng)也可以只用一個相關(guān)器工作。在這樣的情況下，判定單元可以通過存儲預(yù)定數(shù)量的單個相關(guān)器輸出來執(zhí)行平均和比較任務(wù)。
本發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明的串行塊搜索提供了一種快速發(fā)現(xiàn)UWB信號的信號小區(qū)位置的方法。首先，方法快速確定可能存在信號小區(qū)的較小區(qū)域。然后，詳細(xì)搜索那個區(qū)域，以發(fā)現(xiàn)信號的準(zhǔn)確位置。以這種方式，可以明顯減小獲取UWB信號的時間。實際上，SBS方法的平均捕獲時間與大信噪比的N的平方根成比例。相反，現(xiàn)有技術(shù)的串行搜索的平均捕獲時間直接與不確定區(qū)域中小區(qū)數(shù)量成比例。對于實際值，使用SBS的捕獲時間大約為串行搜索平均捕獲時間的一半。
在強(qiáng)多徑條件中，平均分塊搜索減小了捕獲時間，因為串行搜索輸出的平均值在檢測一些NLOS條件中信號的開始時更可靠。以這種方式，單個輸出的瞬時增加被平滑，使得減小錯誤報警的頻率。應(yīng)該注意，本發(fā)明也可以用于直接序列-碼分多址(DS-CDMA)系統(tǒng)。
盡管已經(jīng)以優(yōu)選實施例的方式描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行多種其他改變和修改。因此，權(quán)利要求書覆蓋本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)出現(xiàn)的所有這樣的變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于獲取接收到的脈沖無線電信號的方法，包括相對于時間，使用第一模板信號搜索所述脈沖無線電信號的區(qū)域，以定位包括信號小區(qū)的分塊；以及相對于時間，使用第二模板信號搜索所述分塊，以定位所述信號小區(qū)，從而獲取所述接收到的脈沖無線電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述脈沖無線電信號是隨機(jī)碼分多址無線電信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述脈沖無線電信號是超寬帶寬無線電信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述脈沖無線電信號是直接序列-碼分多址無線電信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述脈沖無線電信號是直接二進(jìn)制相移鍵控的隨機(jī)跳時無線電信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括其中與所述第一模板信號相關(guān)聯(lián)的第一相關(guān)間隔基本上長于與所述第二模板信號相關(guān)聯(lián)的第二相關(guān)間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中所述搜索還包括在搜索時對所述第一和第二模板信號進(jìn)行時間偏移；在所述第一和第二相關(guān)間隔上相關(guān)所述偏移的第一和第二模板信號，以分別確定第一和第二輸出；以及比較所述第一和第二輸出與第一和第二閾值，以分別定位所述分塊和信號小區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對應(yīng)于所述接收到的脈沖無線電信號的發(fā)射的脈沖無線電信號表示為 其中wtr是發(fā)射的單位能量脈沖，Tf是平均脈沖重復(fù)時間，Nf是表示一個信息符號的脈沖的數(shù)量，而b是發(fā)射的信息符號，0或1，并且為每個脈沖無線電信號用戶分配偽隨機(jī)序列{cj}，以向脈沖無線電信號的第j個脈沖提供附加的cjTc秒時移，其中Tc是碼片間隔，并且Tc≤Tf/Nc，并且dj是二進(jìn)制隨機(jī)變量，di和dj是獨立的，并以1/2的概率取每個值±1，并且序列{cj}定義如下 以便當(dāng)Tf/Tc＝Nc時，將發(fā)射的脈沖無線電信號表示為 使得接收到的脈沖無線電信號被表示為r(t)=Σj=-∞∞sjwrec(t-jTc-τ)+σnn(t),]]>其中wrec(t)是接收到的脈沖，并且σnn(t)是具有單位功率譜密度的白高斯噪聲，并且bj/NfNck=1∀j,]]>且所述區(qū)域內(nèi)的小區(qū)數(shù)量為N＝NfNc，Tc是最小可分辨路徑間隔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述第一模板信號表示為sm1(b)(t)=Σi=0K-1Σn=jNc(j+m1)Nc-1snwrec(t-nTc-iTc-(b-1)KTc),]]>其中m1是與所述區(qū)域相關(guān)聯(lián)的第一相關(guān)間隔上脈沖數(shù)量，B是所述區(qū)域中塊的總數(shù)量，每個塊包括K個小區(qū)，并且小區(qū)的數(shù)量為N＝KB。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述第二模板信號表示為sm2(c)(t)=Σn=jNc(j+m2)Nc-1snwrec(t-nTc),]]>其中，m2是與所述分塊相關(guān)聯(lián)的第二相關(guān)間隔上脈沖的數(shù)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述搜索區(qū)域使用塊閾值，τb，并且所述搜索塊使用信號閾值τs。
12.一種用于獲取接收到的脈沖無線電信號的系統(tǒng)，包括第一單元，用于相對于時間，使用第一模板信號搜索所述脈沖無線電信號的區(qū)域，以定位包括信號小區(qū)的分塊；以及第二單元，用于相對于時間，使用第二模板信號搜索所述分塊，以定位所述信號小區(qū)，從而獲取所述接收到的脈沖無線電信號。
13.一種用于獲取脈沖無線電信號的裝置，包括相關(guān)單元，被配置為相對于時間，使用第一模板信號搜索所述脈沖無線電信號的區(qū)域，以定位包括信號小區(qū)的分塊，并且相對于時間，使用第二模板信號搜索所述分塊，以定位所述信號小區(qū)，從而獲取所述接收到的脈沖無線電信號；同步單元，用于在搜索期間對所述第一和第二模板信號進(jìn)行時移；以及判定單元，用于分別在搜索所述區(qū)域和塊期間比較所述相關(guān)單元的第一和第二輸出與第一和第二閾值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種獲取接收到的脈沖無線電信號的方法和系統(tǒng)，其通過首先對于時間使用第一模板信號搜索脈沖無線電信號的區(qū)域以定位包括信號區(qū)域的分塊，以及對于時間隨后使用第二模板信號搜索塊以定位信號小區(qū)，從而獲取接收到的脈沖無線電信號。
文檔編號H04B1/69GK1720701SQ20048000166
公開日2006年1月11日 申請日期2004年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月3日
發(fā)明者安德瑞司·莫利茨, 錫南·蓋齊吉, 小林久志, H·文森特·普爾 申請人:三菱電機(jī)株式會社, 錫南·蓋齊吉, 小林久志, H·文森特·普爾