專利名稱：超寬帶壓縮感知無線信道建模方法
技術領域：
本發(fā)明基于壓縮感知(CS，Compressive knsing)理論，提出了超寬帶(UWB，Ultra Wide-Band)無線信道建模方法，屬于通信領域。
背景技術：
UWB技術是一種襯疊式使用頻譜資源的新型無線通信技術，其發(fā)送信號帶寬可高達數(shù)吉赫茲(GHz)。按照美國FCC與2002年頒布的UWB頻譜掩模規(guī)范，其絕對帶寬可達 7. 5Ghz0目前，IEEE針對UWB諸多應用場景頒布了相關標準，其中包括高速無線個域網(wǎng)標準IEEE802. 15. 3和低速無線傳感器網(wǎng)絡標準IEEE802. 15. 4，以及目前廣泛研究的用于醫(yī)療監(jiān)測領域的無線體域網(wǎng)(WBAN, Wireless Body Area Network)。2008年12月6日，為滿足社會各行業(yè)對短距離、高速率數(shù)據(jù)通信的應用需求，提高頻率的利用率，中國無線電管理部門發(fā)布了《超寬帶(UWB)技術頻率使用規(guī)定》，為UWB技術劃分的可用頻段為6-9GHz和 4. 2-4. 8GHz (需要檢測干擾避讓(DAA)技術輔助)。由于UWB信號的極高帶寬，因而其時域信號具有極強的多徑分辨力，通過先進的Rake接收技術充分利用多徑分量，在無線個域網(wǎng) (WPAN,Wireless Personal Local Network)中極具應用潛力。另外，巨大帶寬致使UWB信號具備高精度定位與測距能力，在軍事領域也具有廣泛應用場景，例如高分辨力雷達和穿墻成像系統(tǒng)。具有眾多技術優(yōu)勢的UWB技術被認為是短距離無線通信技術的未來主流，而UWB 信道模型是評估各類UWB技術的基礎。信道建模是UWB技術研究的基礎工作，可以為各類 UffB技術提案提供一個公平的評測工具，UffB系統(tǒng)的設計、測試和改進都依賴于對信道的理解。在研究UWB與其它無線通信系統(tǒng)兼容性時，UWB信道也是影響兼容性分析的主要因素之一，決定著UWB系統(tǒng)的鏈路預算。在UWB技術的研究領域，所使用的通信系統(tǒng)的天線、接收機的設計與分析、通信系統(tǒng)仿真等都需要一個準確且通用的信道模型。UffB的信道建?？梢苑譃閮煞N類型統(tǒng)計式模型(Statistical Model)和確定式 (Deterministic Model)模型。由于確定式信道模型需要墻體、各種障礙物的特性參數(shù)來設定電波傳播過程的環(huán)境參數(shù)，因此UWB信道更多采用統(tǒng)計式信道模型來表示。統(tǒng)計式信道模型是對信號無線傳播環(huán)境統(tǒng)計特性的描述，往往通過結(jié)合統(tǒng)計分析和實驗方法而得到， IEEE 802. 15. 3a 和 IEEE 802. 15. 4a 信道模型都是基于 Saleh-Valenzuela(S-V)分簇的修正S-V模型，如IEEE 802. 15. 4a信道模型可表示為
權利要求
1.一種超寬帶壓縮感知無線信道建模實現(xiàn)方法，包括利用頻域加窗方式截取目標頻段操作來獲得信道測量數(shù)據(jù)；基于壓縮感知的UWB信道頻域測量數(shù)據(jù)處理操作，用于估計離散信道響應；以及建立CS的觀測點數(shù)與UWB信道平均多徑個數(shù)關系模型。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用頻域加窗方式截取目標頻段操作來獲得信道測量數(shù)據(jù)包括在UWB信道頻域測量方式下，實際測量頻段大于目標頻段，將窗函數(shù)的過渡帶設計在目標頻段之外，窗函數(shù)在目標頻段內(nèi)的幅度頻率特性為平坦直線， 在目標頻段外的過渡帶為光滑曲線。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于壓縮感知的UWB頻域測量數(shù)據(jù)處理操作包括利用頻域窗函數(shù)對應的時域窗脈沖構造參數(shù)化波形字典，增強時域測量信號的稀疏表達，利用壓縮感知對時域測量信號進行解卷積，得到離散信道響應估計。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用頻域窗函數(shù)對應的時域窗脈沖構造參數(shù)化波形字典包括將窗脈沖按照等間隔的方式排列，并由排列間隔參數(shù)決定壓縮感知解卷積結(jié)果的多徑最小間隔。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述增強時域測量信號的稀疏表達，利用壓縮感知解卷積得到離散信道響應估計包括將頻域信道測量信號對應的時域測量信號表示為時域窗脈沖與離散信道響應的卷積形式，采用貪婪追蹤算法作為壓縮感知的重構算法，使壓縮感知在信號重構的同時完成解卷積，得到離散信道響應估計。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立壓縮感知的觀測點數(shù)與UWB信道平均多徑個數(shù)的關系模型包括對信道實測數(shù)據(jù)按照場景類型、是否視距、測量距離范圍等因素進行分類，對時域測量信號利用壓縮感知進行重構，不斷改變CS的觀測點數(shù)，記錄該觀測點數(shù)下的實測數(shù)據(jù)重構概率，得到多組實測數(shù)據(jù)的CS觀測點數(shù)與重構概率對應關系曲線，每一條曲線都對應一個實測數(shù)據(jù)分組的平均多徑個數(shù)，得到CS的觀測點數(shù)與UWB信道平均多徑個數(shù)關系模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超寬帶壓縮感知頻域信道測量數(shù)據(jù)處理方法，屬于通信領域。包括對于頻域測量方式下的UWB信道測量數(shù)據(jù)，設計窗函數(shù)截取目標頻段的信道測量數(shù)據(jù)；將窗函數(shù)對應的時域脈沖作為先驗信息構建超完備的波形字典，使時域信道測量信號具有更稀疏的表示；將貪婪追蹤算法作為壓縮感知的重構算法，通過對時域信道測量信號的重構，完成信號的解卷積，在不降低解卷積準確性的前提下，降低測量設備的采樣率。本發(fā)明還公開一種UWB壓縮感知多徑信道模型建模方法，利用在壓縮感知理論中一組信道測量數(shù)據(jù)的成功重構概率與觀測樣本數(shù)的對應關系特性，以及成功重構概率受限于信道平均多徑個數(shù)特性，建立觀測樣本數(shù)與信道平均多徑個數(shù)的關系模型。
文檔編號H04W16/22GK102421105SQ201210007930
公開日2012年4月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權日2012年1月12日
發(fā)明者周正, 李德建, 李斌, 蔣挺 申請人:北京郵電大學