最小均方信道均衡的UWB 測(cè)距方法研究

崔學(xué)榮，周靖超，李 娟，李世寶

（1. 中國石油大學(xué)（華東） 海洋與空間信息學(xué)院，山東 青島 266580；2. 中國石油大學(xué)（華東） 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580）

0 引言

隨著信息化時(shí)代的到來，位置信息作為重要的信息之一，每時(shí)每刻都影響著人們的生活。同時(shí)，在無線通信技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的推動(dòng)下，人們對(duì)基于位置服務(wù)（location based services, LBS）[1]的需求更加強(qiáng)烈，尤其是定位方面更是如此。在室外，衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用并且定位精度良好，滿足了大多數(shù)定位場(chǎng)景的需求，然而室內(nèi)環(huán)境復(fù)雜多變，衛(wèi)星導(dǎo)航難以發(fā)揮作用。為了解決室內(nèi)定位問題，現(xiàn)有的基于藍(lán)牙（bluetooth）[2]、無線保真（wireless fidelity，WiFi）[3]、紫蜂（zigbee）[4]等定位技術(shù)，在室內(nèi)定位中應(yīng)用較為廣泛，但定位精度都在米級(jí)，達(dá)不到人們對(duì)于高精度定位服務(wù)的期望值。

相比于其他室內(nèi)無線定位技術(shù)，超寬帶（ultra wide band，UWB）定位技術(shù)采用亞納秒級(jí)脈沖信號(hào)進(jìn)行通信，具有極高的時(shí)間分辨率，同時(shí)，UWB信號(hào)具有傳輸速率高、抗多徑能力強(qiáng)、穿透能力強(qiáng)、低功耗等特點(diǎn)[5]。這些特點(diǎn)有利于UWB 信號(hào)在室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)距和定位，在視距（line of sight，LOS）條件下的定位精度能夠達(dá)到10～30 cm，適用于室內(nèi)環(huán)境下的高精度定位[6]。為了充分利用UWB 時(shí)間分辨能力強(qiáng)的特點(diǎn)，基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間估計(jì)（time of arrival，TOA）和到達(dá)時(shí)間差估計(jì)（time difference of arrival，TDOA）的測(cè)距定位算法，是最適合UWB 使用的定位算法[7]。然而，TOA 或TDOA 測(cè)距定位算法需要精確的時(shí)間測(cè)量值，由于實(shí)際UWB 定位系統(tǒng)的工作場(chǎng)所大多為環(huán)境復(fù)雜多變的室內(nèi)，UWB 信號(hào)在傳輸過程中受多徑和噪聲等因素的干擾，使得經(jīng)信道傳播后的信號(hào)波形具有相當(dāng)嚴(yán)重的畸變[8]，實(shí)際接收到的信號(hào)波形與發(fā)送波形有很大的差別，相關(guān)接收機(jī)難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的接收，從而造成時(shí)間測(cè)量值存在偏差，無法獲得穩(wěn)定的、高精度的測(cè)距值。因此如何減少多徑和噪聲對(duì)UWB 信號(hào)的干擾，提高相關(guān)接收機(jī)性能，獲得高精度的時(shí)間測(cè)量值，是當(dāng)前需要解決的問題。

無線通信系統(tǒng)中通常采用均衡技術(shù)來減少多徑干擾對(duì)信號(hào)造成的影響，補(bǔ)償信道畸變，恢復(fù)原始發(fā)送信號(hào)。文獻(xiàn)[9]提出了一種判決反饋均衡濾波器，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行均衡以減少多徑干擾，但均衡效果的好壞過于依賴判決反饋的結(jié)果，并且計(jì)算過程復(fù)雜。文獻(xiàn)[10]提出了一種在雷克（Rake）接收前的時(shí)域均衡技術(shù)，減少多徑和噪聲對(duì)接收信號(hào)的干擾，有效降低誤碼率，但均衡后的信號(hào)波形仍有多徑和噪聲殘留。文獻(xiàn)[11]將變步長(zhǎng)的最小均方（least mean square, LMS）算法，應(yīng)用于Rake 接收機(jī)，以提升接收機(jī)性能，降低了誤碼率，算法效果良好，但是具有較大的均方誤差。針對(duì)文獻(xiàn)[9-11]中的不足，本文提出一種基于LMS 算法的自適應(yīng)均衡技術(shù)，以減少多徑和噪聲對(duì)UWB 信號(hào)的干擾，提升相關(guān)接收機(jī)的接收性能，得到精確的時(shí)間測(cè)量值，提高TOA 估計(jì)算法的測(cè)距值精度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，LMS 自適應(yīng)均衡技術(shù)計(jì)算過程簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，并且均衡效果較好，能夠恢復(fù)UWB 發(fā)送信號(hào)波形，提升相關(guān)接收機(jī)的接收性能，進(jìn)而提高UWB 測(cè)距值的精度和穩(wěn)定性，在視距環(huán)境下，得到厘米級(jí)精度的UWB 測(cè)距值。

1 系統(tǒng)模型建立

UWB 通信系統(tǒng)中有許多種調(diào)制方式，其中典型的應(yīng)用是脈沖位置調(diào)制（ pulse position modulation, PPM）與跳時(shí)擴(kuò)頻（time hopping, TH）相結(jié)合的方式來攜帶數(shù)據(jù)信息，并且區(qū)分不同的用戶[12]。由于TH-PPM 調(diào)制方式比其他的調(diào)制方式能夠獲得更好的通信質(zhì)量并且功率效率最高[13]，因此本文選用此調(diào)制模式，并依據(jù)該調(diào)制模式，建立UWB 通信系統(tǒng)的仿真模型，該系統(tǒng)模型由UWB信號(hào)發(fā)射器、IEEE802.15.4a 信道、UWB 接收機(jī)三部分組成，如圖1 所示。

圖1 UWB 通信系統(tǒng)仿真框圖

圖1 中：a為待發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)，本文中為10；重復(fù)編碼器對(duì)二進(jìn)制數(shù)a重復(fù)編碼Ns次后記為b，例如：當(dāng)Ns為5 時(shí)，10 被重復(fù)編碼為1 111 100 000；b為經(jīng)過發(fā)送編碼器引入跳時(shí)的位移，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有唯一的跳時(shí)碼，即具有了碼分多址的功能，例如：當(dāng)跳時(shí)碼為12 010 時(shí)，b中的每一比特將分別被右移1、2、0、1、0、1、2、0、1、0 個(gè)時(shí)間片，產(chǎn)生新的實(shí)數(shù)值序列c；實(shí)數(shù)值序列c經(jīng)TH-PPM調(diào)制后，產(chǎn)生一個(gè)單位脈沖δ(t)序列；s(t)為UWB發(fā)送信號(hào)；r(t)為UWB 接收信號(hào)。

1.1 TH-UWB 系統(tǒng)模型

考慮TH-PPM 調(diào)制以及脈沖形成器，UWB 信號(hào)發(fā)射器所發(fā)送的TH-UWB 信號(hào)為

當(dāng)tf=1 ns，tc=3 ns，ζ=0.5 ns 時(shí)，產(chǎn)生的PPMTH-UWB 信號(hào)發(fā)射脈沖波形如圖2 所示。

圖2 PPM-TH-UWB 脈沖波形

TH-PPM 調(diào)制之后，對(duì)UWB 信號(hào)脈沖成型，通常采用高斯脈沖及其不同階數(shù)的微分形式作為UWB 的脈沖波形。高斯脈沖信號(hào)對(duì)UWB 脈沖成型公式為

UWB 無線通信系統(tǒng)中，天線對(duì)發(fā)射信號(hào)的作用可以看成是一個(gè)微分器，所以式（2）所表示的發(fā)射信號(hào)經(jīng)天線發(fā)射后，在接收端接收到的波形表達(dá)式[14]為

UWB 發(fā)射信號(hào)在實(shí)際的信道環(huán)境下經(jīng)多條傳播路徑到達(dá)接收機(jī)，并且受到傳播時(shí)延和路徑損耗等因素的影響，所以接收信號(hào)可以表示為

式中：N(t)為t時(shí)刻接收到的多徑分量的個(gè)數(shù)；w(t)為高斯脈沖的二階導(dǎo)數(shù)；an(t)和τn(t)分別為在t時(shí)刻的第n條多徑分量的幅度增益和信號(hào)傳播時(shí)延；n(t)為均值為0，雙邊功率譜密度為N02的高斯白噪聲。

1.2 相關(guān)接收機(jī)

相關(guān)接收方式是UWB 系統(tǒng)中廣泛使用的信號(hào)接收方式之一，相關(guān)接收機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，設(shè)備采樣頻率高，但是測(cè)距的精度比較高。在接收端，相關(guān)接收機(jī)將接收到的UWB 信號(hào)與模板信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算得到UWB 信號(hào)的傳播時(shí)延?；ハ嚓P(guān)公式[15]為

采用相關(guān)接收的目的是為了獲取UWB 信號(hào)的傳播時(shí)延τ?，接收信號(hào)r(t)與參考模板信號(hào)s(t-τd)互相關(guān)后波形的峰值對(duì)應(yīng)的時(shí)間即為UWB 信號(hào)的傳播時(shí)延，TOA 測(cè)距定位算法根據(jù)信號(hào)傳播時(shí)延和信號(hào)的傳播速度求出信號(hào)發(fā)射端和接收端的距離。由于UWB 信號(hào)在信道中受到多徑、噪聲等因素的干擾，使得發(fā)送信號(hào)的波形嚴(yán)重失真，接收端接收到的信號(hào)波形與發(fā)送信號(hào)波形有很大的差別，相關(guān)接收機(jī)難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相關(guān)接收，互相關(guān)的相關(guān)峰峰值的位置發(fā)生了改變，無法獲得相關(guān)峰峰值對(duì)應(yīng)的精確信號(hào)傳播時(shí)延，造成 TOA 估計(jì)的測(cè)距值與真實(shí)距離之間存在很大的偏差，測(cè)距值精度低并且不穩(wěn)定。因此有必要在相關(guān)接收前采用 LMS 自適應(yīng)均衡技術(shù)減少多徑和噪聲對(duì)UWB 信號(hào)的干擾，恢復(fù)發(fā)送信號(hào)波形，提升相關(guān)接收機(jī)的接收性能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的相關(guān)接收，獲得精確的信號(hào)傳播時(shí)延，通過 TOA 測(cè)距定位算法獲得高精度的、穩(wěn)定的UWB 測(cè)距值。

2 LMS 自適應(yīng)均衡器原理

LMS 自適應(yīng)均衡器包括自適應(yīng)濾波器和自適應(yīng)算法兩部分。自適應(yīng)濾波器通過接收輸入信號(hào)產(chǎn)生輸出信號(hào)，輸出信號(hào)與期望信號(hào)相減得到誤差信號(hào)，自適應(yīng)算法根據(jù)誤差信息更新自適應(yīng)濾波器的系數(shù)，使誤差信號(hào)的均方值最小化。LMS 自適應(yīng)算法就是以誤差信號(hào)均方值最小化為基礎(chǔ)，根據(jù)自適應(yīng)濾波器的反饋信息不斷進(jìn)行迭代運(yùn)算來更新自適應(yīng)濾波器的系數(shù)達(dá)到最佳值[16]。該算法無需信號(hào)的先驗(yàn)信息，計(jì)算過程簡(jiǎn)單，原理通俗易懂并且能夠取得很好的效果，因此在自適應(yīng)算法中，LMS 算法比其他算法應(yīng)用更加廣泛。根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，基于LMS 算法的延伸形式也有許多，圖3 為基于橫向?yàn)V波器的LMS 均衡器[17]。

圖3 LMS 自適應(yīng)均衡器原理框圖

式中?為梯度向量。

最陡下降法通過不斷的迭代，順著均方誤差性能曲面下降的方向探索曲面的極小值點(diǎn)，當(dāng)梯度向量?逼近0 時(shí)，停止迭代過程。最陡下降法更新權(quán)系數(shù)矢量的方法為

最陡下降法根據(jù)曲面上某點(diǎn)梯度精確的數(shù)值進(jìn)行迭代，實(shí)際過程中梯度上精確的數(shù)值難以獲得，只能采用估計(jì)值來代替，LMS 算法就是一種采用平均誤差代替均方誤差的梯度估計(jì)方法，因此梯度可以近似為

由此可以得出LMS 自適應(yīng)濾波算法流程，如表1 所示。

表1 LMS 算法迭代流程

最后通過對(duì)比均衡前后UWB 信號(hào)波形圖來分析LMS 自適應(yīng)均衡器的均衡效果，如圖4 所示。

圖4 UWB 信號(hào)通過多徑信道均衡前后對(duì)比

圖4（a）為UWB 原始發(fā)送信號(hào)經(jīng)過信道沖擊響應(yīng)、未疊加多徑和高斯白噪聲的信號(hào)波形，即發(fā)送信號(hào)波形；圖4（b）為UWB 原始發(fā)送信號(hào)通過多徑信道并疊加高斯白噪聲后的信號(hào)波形,可以直觀地看出UWB 信號(hào)在傳播過程中經(jīng)過復(fù)雜信道后，接收信號(hào)波形已經(jīng)嚴(yán)重畸變，相關(guān)接收機(jī)進(jìn)行相關(guān)接收時(shí)，難以分辨出發(fā)送信號(hào)波形，造成互相關(guān)后相關(guān)峰峰值的位置發(fā)生了改變，即信號(hào)的傳播時(shí)延值發(fā)生了改變，導(dǎo)致測(cè)距值存在誤差，測(cè)距值精度較低；圖4（c）為圖4（b）中的信號(hào)波形經(jīng)過LMS 自適應(yīng)均衡器均衡后的信號(hào)波形，根據(jù)波形的對(duì)比，很明顯地看出，均衡后多徑效應(yīng)和高斯白噪聲對(duì)發(fā)送信號(hào)波形的影響得到了顯著的改善，接收端信號(hào)波形基本上能夠恢復(fù)為發(fā)送波形，體現(xiàn)了該均衡器良好的均衡效果，達(dá)到了減少多徑和高斯白噪聲對(duì)UWB 信號(hào)的干擾和提高相關(guān)接收機(jī)接收性能的目的，對(duì)于測(cè)距值誤差優(yōu)化的分析將在后續(xù)章節(jié)討論。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

根據(jù)圖1 中的仿真流程圖，利用矩陣實(shí)驗(yàn)室（matrix laboratory, MATLAB）仿真軟件，實(shí)現(xiàn)了UWB 信號(hào)在IEEE802.15.4a 信道下的發(fā)射、延時(shí)、衰減、信道沖擊響應(yīng)、加噪聲、信道均衡、相關(guān)接收整個(gè)過程，通過對(duì)比未均衡和均衡后的UWB 測(cè)距值誤差，來分析LMS 自適應(yīng)均衡器的均衡效果，并且使用泰姆·多曼（Time Domain）公司的普盧斯·翁（PlusOn）440（簡(jiǎn)稱P440）超寬帶無線測(cè)距模塊配合蘭格·內(nèi)特（RangeNet）上位機(jī)軟件，完成對(duì)UWB 測(cè)距實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，在真實(shí)的室內(nèi)環(huán)境下進(jìn)一步驗(yàn)證該均衡算法的有效性。

3.1 IEEE802.15.4a 信道條件下仿真結(jié)果分析

UWB 常用的信道模型有英特爾（Intel）室內(nèi)信道模型、S-V 信道模型、IEEE802.15.3a/4a 模型等[18-19]。本文采用電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（The Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE）提出的，專門用來對(duì)UWB 的低速信號(hào)、測(cè)距定位進(jìn)行仿真的IEEE802.15.4a 信道模型，并且重點(diǎn)研究的是室內(nèi)居住視距CM1 和室內(nèi)辦公視距CM3環(huán)境對(duì)測(cè)距值精度的影響。其中，CM1 信道環(huán)境測(cè)量距離較短，多徑數(shù)目較多，多徑效應(yīng)明顯；CM3 信道環(huán)境測(cè)量距離較長(zhǎng)，隨著測(cè)量距離的增長(zhǎng)，信號(hào)疊加噪聲較多，延遲增加，衰落明顯。

IEEE802.15.4a 信道模型中的信道沖擊響應(yīng)可以表示為

式中：X是信道的幅度增益因子；N是多徑簇的數(shù)量；K(n) 是多徑分量的數(shù)量；αnk是多徑增益的系數(shù)；nT是第n簇的到達(dá)時(shí)間；τ nk是信號(hào)傳播時(shí)延。圖5 為CM1 信道下的一個(gè)隨機(jī)的信道沖擊響應(yīng)。

圖5 CM1 信道下的一個(gè)隨機(jī)信道沖擊響應(yīng)

綜合考慮以上信道環(huán)境對(duì)UWB 信號(hào)在傳輸過程中的影響，在接收端，式（4）可以重新表述為

設(shè)定UWB 發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的真實(shí)測(cè)量距離分別是5、7、9、11、13 和15 m，在CM1 和CM3 信道環(huán)境下分別進(jìn)行兩組仿真實(shí)驗(yàn)，每組實(shí)驗(yàn)循環(huán)500 次，記錄相關(guān)接收和采用LMS 自適應(yīng)均衡算法后，相關(guān)接收得到的測(cè)距值數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)距值數(shù)據(jù)取均值并計(jì)算測(cè)距值誤差，在MATLAB 上繪制CM1 和CM3 信道環(huán)境下的測(cè)距值誤差數(shù)據(jù)，仿真結(jié)果如圖6 所示。

圖6 CM1 和CM3 信道下未均衡和均衡后測(cè)距值誤差對(duì)比

由圖6 可知，在CM1 和CM3 信道環(huán)境下，未采用均衡技術(shù)進(jìn)行相關(guān)接收得到的測(cè)距值誤差在短距離的時(shí)候變化幅度較小，隨著測(cè)量距離的增加，測(cè)距值誤差逐漸增大，并且呈現(xiàn)出指數(shù)型增長(zhǎng)的趨勢(shì)，側(cè)面反映出UWB 信號(hào)在長(zhǎng)距離信道傳輸過程中受到多徑和噪聲等因素的干擾增多，信號(hào)經(jīng)過復(fù)雜信道后在接收端接收到的信號(hào)波形已經(jīng)嚴(yán)重畸變，導(dǎo)致相關(guān)接收機(jī)接收性能下降，難以獲得穩(wěn)定的、高精度的UWB 測(cè)距值。而采用LMS自適應(yīng)均衡技術(shù)后，再進(jìn)行相關(guān)接收所得到的測(cè)距值誤差明顯減少，雖然隨著測(cè)量距離的增加，測(cè)距值誤差也有逐漸增大的趨勢(shì)，但是測(cè)距值誤差并未發(fā)生大幅度的變化，各個(gè)測(cè)量距離下測(cè)距值誤差基本穩(wěn)定在厘米級(jí)，體現(xiàn)了LMS 自適應(yīng)均衡器良好的均衡效果，提升了相關(guān)接收機(jī)的接收性能和UWB 通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在視距下能夠獲得厘米級(jí)精度的測(cè)距值，滿足高精度定位的需求，與理論分析結(jié)果相符。

3.2 室內(nèi)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在視距環(huán)境下，UWB 測(cè)距實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由兩個(gè)P440 超寬帶無線測(cè)距模塊采集，其帶寬為 3.1～4.8 GHz,采樣頻率為10 Hz，采用雙向飛行時(shí)間（tow way time of flight，TW-TOF）方式測(cè)得UWB發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的距離。上位機(jī)參數(shù)設(shè)定脈沖集成指數(shù)為7，傳輸增益63，噪聲指數(shù)260，信噪比48 dB。為驗(yàn)證LMS 自適應(yīng)均衡算法在短距離、長(zhǎng)距離測(cè)距環(huán)境下的有效性，選擇室內(nèi)辦公場(chǎng)景和室內(nèi)走廊場(chǎng)景進(jìn)行兩組實(shí)驗(yàn)。

在室內(nèi)辦公場(chǎng)景中，將UWB 接收機(jī)與電腦連接并置于固定位置，發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間的測(cè)量距離為5、7、9、11、13 和15 m，將每個(gè)測(cè)量距離設(shè)為測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中有隨機(jī)人員走動(dòng)，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)取100 個(gè)UWB 測(cè)距值數(shù)據(jù)取平均值，并計(jì)算測(cè)距值誤差。圖7 給出未均衡和均衡后各個(gè)距離的測(cè)距值數(shù)據(jù)以及測(cè)距值誤差的對(duì)比圖。

圖7 辦公場(chǎng)景下未均衡和均衡后測(cè)距值和測(cè)距值誤差對(duì)比

由圖7 可知，受人員走動(dòng)以及桌椅障礙物遮擋等因素的影響，未均衡的測(cè)距值精度在短距離時(shí)較高，測(cè)距值誤差較低，隨著測(cè)量距離的增加，測(cè)距值誤差逐漸增大，在各個(gè)位置下的測(cè)距值逐漸偏離真實(shí)測(cè)距值，測(cè)距值精度較差，這與仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。均衡后的測(cè)距值精度較高，在各個(gè)位置下的測(cè)距值始終在實(shí)際測(cè)量距離附近，并且測(cè)距值誤差并沒有隨著測(cè)量距離的增加而大幅度增加，基本穩(wěn)定在10～20 cm，體現(xiàn)了LMS 自適應(yīng)均衡器在短距離測(cè)距環(huán)境下良好的均衡效果，減少多徑和噪聲對(duì)UWB 信號(hào)的干擾，在視距下獲得穩(wěn)定的、高精度的測(cè)距值。

在室內(nèi)走廊場(chǎng)景中，將UWB 接收機(jī)與電腦連接并置于固定位置，將發(fā)射機(jī)與接收機(jī)間隔5、10、15、20、25、30、35、40、45 和50 m 的位置點(diǎn)作為測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距數(shù)據(jù)的采集，走廊內(nèi)有隨機(jī)人員走動(dòng)，在各個(gè)測(cè)量點(diǎn)取100 個(gè)測(cè)距值數(shù)據(jù)取平均值，計(jì)算測(cè)距值誤差，并在MATLAB 上進(jìn)行測(cè)距數(shù)據(jù)的繪制，如圖8 所示。

分析圖8 可知，在長(zhǎng)距離測(cè)距環(huán)境下，隨著測(cè)量距離的增加，未均衡的測(cè)距值精度和穩(wěn)定性大幅下降，并且測(cè)距值誤差都在米級(jí)以上，而均衡后的測(cè)距值精度得到明顯的改善，更加接近真實(shí)測(cè)量距離。雖然均衡后的測(cè)距值誤差隨著測(cè)量距離的增加逐漸增加，但增加幅度較為緩慢，在測(cè)量距離50 m 時(shí)，測(cè)距值誤差在55 cm 左右，屬于可接受范圍之內(nèi)，能夠滿足高精度定位的需求。

圖8 走廊環(huán)境下未均衡和均衡后的測(cè)距值和測(cè)距值誤差對(duì)比

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出：LMS 自適應(yīng)均衡器能夠有效減少多徑和噪聲對(duì)信號(hào)造成的干擾，提升相關(guān)接收機(jī)接收性能，進(jìn)而提高UWB 測(cè)距值的精度和穩(wěn)定性，獲得厘米級(jí)精度的測(cè)距值，并且該均衡器具有很好的均衡效果和適應(yīng)性，可以應(yīng)用在不同的測(cè)距環(huán)境下。

4 結(jié)束語

UWB 信號(hào)在室內(nèi)傳播時(shí)容易受多徑和噪聲等因素的干擾，造成接收端接收信號(hào)發(fā)生相當(dāng)程度的畸變，相關(guān)接收機(jī)難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的相關(guān)接收，導(dǎo)致時(shí)間測(cè)量值出現(xiàn)偏差，進(jìn)而影響測(cè)距值精度。本文通過分析UWB 信號(hào)特點(diǎn)以及IEEE802.15.4a 信道特性，提出了一種基于LMS 算法的信道均衡技術(shù)用來減少多徑干擾，補(bǔ)償信道畸變。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)都驗(yàn)證了該均衡技術(shù)可以有效地減少多徑干擾、提高相關(guān)接收機(jī)的性能，從而獲得精確的時(shí)間測(cè)量值。在視距條件下，均衡后的UWB 測(cè)距值精度達(dá)到厘米級(jí)，符合室內(nèi)高精度定位的需求。此外，步長(zhǎng)因子在LMS 算法中具有非常重要的作用，決定算法的收斂速度和穩(wěn)定性，下一步將研究不同的步長(zhǎng)因子對(duì)LMS 算法的影響以及對(duì)UWB 測(cè)距值的影響。