探究基于欠采樣的脈沖UWB通信窄帶干擾消除技術(shù)

【摘 要】超寬帶通信在工作中不需要進(jìn)行載波調(diào)試，而是以超短沖擊脈沖來作為載體的，并且采用跳時(shí)技術(shù)或者是偽隨機(jī)直擴(kuò)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)傳輸信息。但是，在實(shí)際中超寬帶信號(hào)經(jīng)常會(huì)被干擾或者是被隱蔽在周圍的環(huán)境噪聲里，這樣就很難檢測到信號(hào)了。所以針對(duì)這種情況，就需要研究無線信號(hào)的抗窄帶技術(shù)，提出有效的解決方案。

【關(guān)鍵詞】欠采樣 無線通信 窄帶干擾消除 超寬帶

由于脈沖UWB通信技術(shù)有較高的通信速率、高精度的定位能力以及低功耗、低復(fù)雜度而在導(dǎo)航領(lǐng)域與無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而在實(shí)際中UWB技術(shù)也以其自身獨(dú)特的優(yōu)勢而成為解決在公共場所、家庭以及企業(yè)之間人們對(duì)因特網(wǎng)的需求和資源分配的矛盾的有效技術(shù)手段。但是由于UWB技術(shù)有著較低的功率譜密度，所以UWB通信技術(shù)幾乎不會(huì)對(duì)窄帶系統(tǒng)造成干擾。但是超寬帶信號(hào)卻由于低截獲的特征而存在接收信號(hào)困難的現(xiàn)象，因此，就需要研究在有干擾環(huán)境下去消除掉窄帶干擾，并獲得UWB通信信號(hào)。

一、超寬帶的應(yīng)用和發(fā)展

超寬帶概念最早是在1990年美國軍方提出來的，也就是信號(hào)相對(duì)寬大于信號(hào)25%的任何形式波形。在現(xiàn)代形式下為了滿足日益增長的寬帶互聯(lián)網(wǎng)可以無線接入到寬帶多媒體中，在民用領(lǐng)域的超寬帶通信技術(shù)主要是能夠建立起在短距離之內(nèi)的具有高速連接能力的無線個(gè)域網(wǎng)。而在很多跨國公司中也有對(duì)超寬帶的無線通信技術(shù)的研究，并且在個(gè)人無線多媒體的應(yīng)用中還取得一定的成果。

二、欠采樣接收機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

欠采樣接收機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，其硬件部分主要包括了數(shù)字信號(hào)的處理器模塊、欠采樣ADC模塊以及硬件前端的濾波器三個(gè)部分。在實(shí)際工作中，接收機(jī)首先會(huì)對(duì)收到的通信信號(hào)在硬件前端進(jìn)行濾波，這樣就會(huì)濾除掉帶外噪聲，之后就可以根據(jù)欠采樣ADC取得的采樣向量，再把采樣向量輸進(jìn)去設(shè)備的數(shù)字信號(hào)處理器中，通過這樣的處理來對(duì)NBI進(jìn)行檢測和消除。在當(dāng)前情況下對(duì)NBI進(jìn)行檢測時(shí)，通常要先對(duì)在頻域中NBI的信號(hào)位置進(jìn)行檢測，之后在采用濾波方法來對(duì)消除存在于時(shí)域的NBI。如圖所示設(shè)備結(jié)構(gòu)：

在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，如果欠采樣收發(fā)機(jī)在發(fā)送與檢測信息時(shí)以包為單位，也就是說在發(fā)射機(jī)的端口，每個(gè)包里面都有n個(gè)的信息符號(hào)，發(fā)送時(shí)需要把這些信息符號(hào)調(diào)制到一組的UWB脈沖上去發(fā)送信息。同時(shí)，設(shè)備的接收機(jī)端口，會(huì)在發(fā)送的每一個(gè)接收包發(fā)送的持續(xù)時(shí)間T里對(duì)信息符號(hào)進(jìn)行采樣處理從而來獲得采樣的向量。在這里假設(shè)設(shè)備前端的濾波器對(duì)接收信號(hào)頻譜沒有任何影響，并且包和發(fā)射機(jī)包之間有足夠大的時(shí)間間隔，以便于在信號(hào)接收時(shí)沒有包接收的干擾，這樣在進(jìn)行采樣時(shí)雖然采樣率雖然低，但是卻有足夠多UEB信號(hào)資源可以用來檢測信號(hào)，這樣系統(tǒng)的采樣精確度還是很大的。

三、窄帶干擾消除技術(shù)

首先可以采用預(yù)測技術(shù)。由于在頻譜中擴(kuò)頻信號(hào)幾乎處于一個(gè)水平位置，所以可以應(yīng)用PN的序列知識(shí)來對(duì)信號(hào)現(xiàn)在值做出預(yù)測，也由于NBI之間的時(shí)間關(guān)聯(lián)性很強(qiáng)，所以可以進(jìn)行精確的預(yù)測。通過對(duì)先前接受的信號(hào)作預(yù)測就可以正確的估計(jì)出相應(yīng)的干擾信號(hào)。在這個(gè)工作里，利用采用取得的信號(hào)減去瞬時(shí)取得的采樣，之后在把預(yù)測的誤差結(jié)果輸入到接收機(jī)里，就可以把信號(hào)干擾給降到最低了。但是還要注意這種處理干擾的方法由于具有一定的時(shí)域性可以徹底抑制干擾的產(chǎn)生，在實(shí)際中卻收效很慢，只可以應(yīng)用與處理那些比較平穩(wěn)的信號(hào)。如果系統(tǒng)受到很多個(gè)信號(hào)的干擾，用這種方法時(shí)就會(huì)由于分散了矩陣特征值和增加的信號(hào)輸入功能而造成這種算法在實(shí)際中有一定的收斂性，因此就會(huì)對(duì)時(shí)域?yàn)V波在限制窄帶干擾抑制方面的作用。其次是可以用變換域的消除技術(shù)。使用這種方式時(shí)主要是根據(jù)干擾檢測、信號(hào)的變換方式以及讀一濾波的算法來進(jìn)行的。其中根據(jù)不同的域變化方法，還可以把變換域干擾方法分為WPT、FFT、WHT以及DCT等不同的方法。在窄帶信號(hào)集中、根據(jù)窄帶的功率譜在窄帶頻帶的變換域又比較集中時(shí)可以采用變換域窄帶干擾抑制技術(shù)。這是干擾抑制把干擾映射到相對(duì)有限變換域的子帶里，與此同時(shí)也把有用的信號(hào)在整個(gè)變換域中進(jìn)行擴(kuò)散，從而映射成與干擾成正相交、具有平坦譜的特征的波形。之后在來判斷干擾的寬帶以及寬帶位置，利用頻域?yàn)V波器來對(duì)窄帶干擾進(jìn)行抑制。另外，在欠采樣技術(shù)來驗(yàn)證NBI的性能，如果新增加一個(gè)BPSK的調(diào)制信號(hào)，并且保持中心頻率是3.3GHz的時(shí)候，而寬帶是10MHz，如圖，

當(dāng)出現(xiàn)了多個(gè)NBI的時(shí)候，系統(tǒng)還可以很好的工作，也就是達(dá)到了很好的窄帶消除效果。

四、總結(jié)

綜上所述，通過探究基于欠采樣的脈沖UWB通信窄帶干擾消除技術(shù)，在欠采樣的情況下是可以消除NBI干擾的。而這種方案是不精確的估計(jì)NBI情況，以此來消除NBI的信號(hào)干擾，這樣還可以降低ADC在采用時(shí)的速率。另外，在消除NBI與檢測通信信號(hào)時(shí)可以在一個(gè)硬件上完成，因此就降低了在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)接收機(jī)的復(fù)雜度，有利于在多個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用。

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