本發(fā)明涉及一種非視距環(huán)境下的無線通信系統(tǒng)，具體涉及一種基于匹配濾波輔助的延遲自相關(guān)幀到達(dá)檢測方法。

背景技術(shù)：

通常將無線通信系統(tǒng)的傳播條件分成視距(los)和非視距(nlos)兩種環(huán)境。視距條件下，無線信號無遮擋地在發(fā)射端與接收端之間直線傳播，目前的許多寬帶無線接入技術(shù)只支持視距條件的通信。nlos環(huán)境下，發(fā)送信號經(jīng)過發(fā)射、散射和衍射，所以接收信號包括直達(dá)路徑、多個(gè)發(fā)射路徑、散射能量和衍射傳播路徑的分量，這些不同路徑的信號將具有不同的延時(shí)擴(kuò)散、衰減和極化的特性。

nlos環(huán)境引起信號的大幅度衰減、周期性的衰落、多徑傳輸造成的散射，使得實(shí)現(xiàn)非視距傳輸面臨著巨大的挑戰(zhàn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中，nlos是一種普遍存在的傳輸環(huán)境，例如：對于大范圍的蜂窩布設(shè)，頻率復(fù)用非常關(guān)鍵，降低天線高度有助于減小臨近站點(diǎn)間的相互干擾，由于los系統(tǒng)不能減小天線高度，否則將影響終端和基站的直達(dá)視線，所以必須采用nlos通信技術(shù)。因而解決非視距傳輸是推廣無線寬帶接入的一個(gè)重要前提。而nlos環(huán)境下接收到的信號信噪比一般較低，要想在此環(huán)境下正確接收信號，幀到達(dá)檢測變的尤為重要。

傳統(tǒng)幀到達(dá)檢測方法：延遲自相關(guān)法、本地互相關(guān)法。延遲自相關(guān)算法要求設(shè)計(jì)前后重復(fù)的兩段訓(xùn)練序列，在接收端對數(shù)據(jù)延遲后作自相關(guān)，而本地互相關(guān)算法利用本地訓(xùn)練序列與接收數(shù)據(jù)作互相關(guān)，兩類算法均通過相關(guān)值與閾值比較進(jìn)行幀到達(dá)檢測。但是本地互相關(guān)在多徑時(shí)延擴(kuò)展大的場景中不適用；延遲自相關(guān)方法在低信噪比時(shí)在虛警概率和漏警概率性能上很難取得比較好的折衷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，使得低信噪比下有較好的幀到達(dá)檢測能力，降低系統(tǒng)的漏警概率，提出一種基于匹配濾波輔助的延遲自相關(guān)幀到達(dá)檢測方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

第一步，發(fā)射端發(fā)射預(yù)先設(shè)計(jì)好的多段重復(fù)訓(xùn)練序列；

第二步，接收端對接收到的多段重復(fù)訓(xùn)練序列進(jìn)行匹配濾波處理，其中使用的匹配濾波器的系數(shù)為預(yù)先設(shè)計(jì)好的訓(xùn)練序列中的一段；

第三步，對匹配濾波后的信號進(jìn)行傳統(tǒng)延遲自相關(guān)幀到達(dá)檢測算法；

所述第一步具體方法如下：

發(fā)射端發(fā)射預(yù)先設(shè)計(jì)好的多段重復(fù)訓(xùn)練序列，訓(xùn)練序列由兩部分組成。開始為一段cp，第二部分為三段相同的短導(dǎo)頻序列，且每一段短導(dǎo)頻都是由相同的序列重復(fù)多次組成，使得訓(xùn)練序列的頻域表現(xiàn)出稀疏性。

所述第二步具體步驟如下：

接收端對接收到的多段重復(fù)訓(xùn)練序列進(jìn)行匹配濾波處理，使用的匹配濾波器參數(shù)為預(yù)先設(shè)計(jì)好的訓(xùn)練序列的第二部分中的任意一段短導(dǎo)頻序列，濾波器參數(shù)頻域滿足稀疏性，更有效的濾出了非頻點(diǎn)以外的噪聲和干擾，有利于提高信號的信干噪比。

所述第三步具體步驟如下：

經(jīng)過匹配濾波處理后的數(shù)據(jù)，使用傳統(tǒng)的延遲自相關(guān)算法進(jìn)行幀到達(dá)檢測，即使用與短導(dǎo)頻長度相同的窗進(jìn)行延遲自相關(guān)，并將定時(shí)度量函數(shù)與閾值進(jìn)行比較。當(dāng)前后兩端信號相同時(shí)，定時(shí)度量函數(shù)達(dá)到最大。由于匹配濾波的處理，使得信號變好，延遲自相關(guān)的相關(guān)值更大，更易達(dá)到所設(shè)定的閾值。假設(shè)導(dǎo)頻長度為n，其中前后兩部分由相同元素組成。并假設(shè)經(jīng)過匹配濾波后的信號為r(d)，則：

延遲自相關(guān)值為

前半段能量為

后半段能量為

定時(shí)度量函數(shù)為

其中r^*表示信號r的共軛。r(d+k)表示前半長度的導(dǎo)頻，r(d+k+n/2)表示后半長度的導(dǎo)頻。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明在進(jìn)行傳統(tǒng)延遲自相關(guān)同步算法之前，使用重復(fù)導(dǎo)頻作為參數(shù)設(shè)計(jì)的濾波器，對接收的信號進(jìn)行了匹配濾波，充分利用了多重復(fù)塊導(dǎo)頻頻域的稀疏性，大大濾除接收信號非頻點(diǎn)之外的噪聲和干擾。該處理極大的提高了之后傳統(tǒng)延遲自相關(guān)模塊的相關(guān)值平臺(tái)，使得在較低的信噪比下相關(guān)值也能達(dá)到閾值，有助于閾值的選取，適用于非視距環(huán)境下接收信號信噪比較低的條件。通過對接收信號的梳妝濾波處理，提高檢測到幀到達(dá)的能力，降低接收的漏警概率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中特定導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明中系統(tǒng)框圖；

圖3為本發(fā)明自相關(guān)平臺(tái)與傳統(tǒng)自相關(guān)方法的比較圖；

圖4為本發(fā)明與傳統(tǒng)方法性能的比較圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

本發(fā)明主要考慮在非視距環(huán)境，且低信噪比的條件下的幀到達(dá)檢測問題。采用基于匹配濾波輔助的延遲自相關(guān)幀到達(dá)檢測方法。實(shí)施方法包括以下步驟：

步驟一，發(fā)射端發(fā)射預(yù)先設(shè)計(jì)好的訓(xùn)練序列的導(dǎo)頻，導(dǎo)頻由兩部分組成。開始為一段cp，第二部分為三段相同的短導(dǎo)頻序列，且每一段短導(dǎo)頻都是由相同的序列重復(fù)多次組成；

步驟二，接收端對接收到的特定訓(xùn)練序列進(jìn)行匹配濾波處理，使用的匹配濾波器參數(shù)為預(yù)先設(shè)計(jì)好的訓(xùn)練序列的第二部分中的任意一段短導(dǎo)頻序列，濾波器參數(shù)頻域滿足稀疏性，更有效的濾出了非頻點(diǎn)以外的噪聲和干擾；

步驟三，經(jīng)過匹配濾波處理后的數(shù)據(jù)，使用傳統(tǒng)的延遲自相關(guān)算法進(jìn)行幀到達(dá)檢測，即使用與短導(dǎo)頻長度相同的窗進(jìn)行延遲自相關(guān)，并將定時(shí)度量函數(shù)與閾值進(jìn)行比較。

圖1為本發(fā)明中特定導(dǎo)頻結(jié)構(gòu)，由兩部分組成，第一部分為一段cp，第二部分三段相同的短導(dǎo)頻a，且每段短導(dǎo)頻由重復(fù)的序列a組成，使得訓(xùn)練序列的頻域表現(xiàn)出稀疏性。之所以使用三段短導(dǎo)頻是因?yàn)樵诮邮斩诉M(jìn)行匹配濾波時(shí)會(huì)破壞相關(guān)性，所以在添加一段短導(dǎo)頻來抵消匹配濾波對信號相關(guān)性的影響，。

圖2為本發(fā)明中系統(tǒng)框圖，發(fā)射端發(fā)送特定結(jié)構(gòu)的導(dǎo)頻，接收端對接收信號首先進(jìn)行以短導(dǎo)頻為參數(shù)的匹配濾波處理，然后使用延遲自相關(guān)算法對濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)延遲自相關(guān)的值大于閾值則認(rèn)為檢測到信號幀的到達(dá)。

圖3為本發(fā)明自相關(guān)值平臺(tái)與傳統(tǒng)自相關(guān)方法的比較。經(jīng)過匹配濾波處理后的數(shù)據(jù)，使用傳統(tǒng)的延遲自相關(guān)算法進(jìn)行幀到達(dá)檢測，即使用與短導(dǎo)頻長度相同的窗進(jìn)行延遲自相關(guān)，并將定時(shí)度量函數(shù)與閾值進(jìn)行比較。當(dāng)前后兩端信號相同時(shí)，定時(shí)度量函數(shù)達(dá)到最大。假設(shè)導(dǎo)頻長度為n，其中前后兩部分由相同元素組成。并假設(shè)經(jīng)過匹配濾波后的信號為r(d)，則：

延遲自相關(guān)值為

前半段能量為

后半段能量為

定時(shí)度量函數(shù)為

其中r^*表示信號r的共軛。r(d+k)表示前半長度的導(dǎo)頻，r(d+k+n/2)表示后半長度的導(dǎo)頻。

具體參數(shù)設(shè)置如下：信道長度l＝10，接收天線m＝4，導(dǎo)頻a長度為64，重復(fù)序列a使用頻域幅度相同的chu序列。左圖為本發(fā)明和傳統(tǒng)方法在信噪比為10db下的自相關(guān)曲線，右圖為本發(fā)明和傳統(tǒng)方法在信噪比為-5db下的自相關(guān)曲線。可以明顯看出在高信噪比下兩種方法的相關(guān)值都能較易地達(dá)到閾值，檢測到幀的到達(dá)，但是低信噪比下本發(fā)明方法相對于傳統(tǒng)延遲自相關(guān)平臺(tái)有較大的抬高，此時(shí)更有利于閾值的選取，防止漏警率過高。原因是通過匹配濾波之后，濾出了非頻點(diǎn)之外的噪聲和干擾，使得在進(jìn)行之后的延遲自相關(guān)操作時(shí)，相關(guān)性提高。

圖4為本發(fā)明與傳統(tǒng)方法性能的比較，在其他條件保持相同，如信道長度l＝10，接收天線m＝4，導(dǎo)頻a長度為64，重復(fù)序列a使用頻域幅度相同的chu序列，閾值的選取使得誤警概率基本相同的條件下，漏警概率的性能。經(jīng)過多次仿真最后確定傳統(tǒng)方法的閾值為0.051，本發(fā)明的閾值為0.25時(shí)兩種方法的誤警概率基本達(dá)到相同。從圖中可以看出在低信噪比下本發(fā)明方法優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。