張文科，楊 超，朱行濤

(1.重慶城市管理職業(yè)學院信息工程學院，重慶 401331;2.四川大學計算機學院，四川成都 610065;3.重慶通信學院DSP實驗室，重慶 400035)

0 引言

超寬帶(ultra wideband，UWB)通信是一種短距高速無線通信技術(shù)，它可以提供每秒幾百兆比特甚至幾吉比特的數(shù)據(jù)傳輸速率，系統(tǒng)功耗低，抗多徑能力強，具有較強的穿透能力，且對現(xiàn)有窄帶系統(tǒng)的干擾很小。所以，無論是室內(nèi)還是室外，超寬帶技術(shù)都是短距離無線高速通信的首選，成為未來無線個人局域網(wǎng)(wireless personal area network communication technologies，WPAN)的熱門技術(shù)［1］;同時，超寬帶信號納秒級的時域分辨率使得它在精確導航定位方面有著十分廣闊的應用前景。

由于無線信道具有色散特性，而UWB系統(tǒng)的時間和頻率跟蹤環(huán)路、解調(diào)器，以及自適應處理等模塊都需要用到信道信息，因此信道估計的效果對整個UWB系統(tǒng)的性能影響很大。為了進行信道估計，可以在發(fā)送端周期性地插入訓練序列，這種方法也稱為導頻符號輔助估計［2］。訓練序列的使用增加了傳輸開銷，降低了通信系統(tǒng)效率，而且在某些應用場合，不可能期望在發(fā)送端提供訓練序列，基于這些原因，不需要發(fā)送訓練序列的基于統(tǒng)計量特性的盲估計方法［3］引起了人們的廣泛關(guān)注。

UWB信道估計的發(fā)展趨勢是避免使用訓練序列和高采樣率，以提高系統(tǒng)效率，降低算法復雜度［4－5］。在這種發(fā)展趨勢下，本文提出一種以脈沖率進行采樣的UWB稀疏信道盲估計算法。這種算法首先把發(fā)射信號與信息符號之間的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系，簡化了信號處理難度;其次，利用UWB信道的稀疏簇特性［6］，避免了無謂的零值抽頭估計，獲得了較好的性能;最后通過仿真對結(jié)果進行了驗證。

1 信號結(jié)構(gòu)重構(gòu)

設(shè)g(t)為寬度為Dg的單周期高斯脈沖，則采用跳時脈沖位置調(diào)制(time hopping pulse position modulation，TH－PPM)的 UWB 發(fā)射信號可以表示為［7］

2 信道估計

2.1 信道預估計

2.2 UWB稀疏信道估計

重復以上步驟，直到所有的非零抽頭值都探測和估計出來。

3 仿真及結(jié)果

圖1為在不同觀測數(shù)據(jù)長度下的MSE與SNR的關(guān)系曲線圖。從圖1中可看出，隨著觀測數(shù)據(jù)長度(K)的增加，新算法的MSE性能逐漸提高:觀測數(shù)據(jù)長度K=400時的MSE比K=100的平均低約3 dB;觀測數(shù)據(jù)長度K=600時的MSE比K=400的平均低約1 dB。這主要是因為隨著觀測數(shù)據(jù)長度的增加，其一階統(tǒng)計量越精確，故建立在一階統(tǒng)計量之上的信道估計就越精確。在觀測數(shù)據(jù)長度K=400下，新算法與文獻［3］中基于一階統(tǒng)計量的盲算法MSE性能比較如圖2所示，很顯然，新算法的MSE性能要優(yōu)于文獻［3］中的盲算法，尤其是在高SNR的情況下。

圖1 MSE與SNR的關(guān)系曲線Fig.1 Curve of MSE and SNR

圖2 MSE性能比較圖(K=400)Fig.2 Curve of MSE comparison(K=400)

當把信道估計參數(shù)用于接收機設(shè)計時，還可得到在不同SNR下的BER性能曲線，如圖3所示。從圖3中可看出，在觀測數(shù)據(jù)長度K=600的情況下，新算法的BER僅比理想信道的差約1 dB。

圖3 BER與SNR的關(guān)系曲線Fig.3 Curve of BER and SNR

4 結(jié)束語

在TH－PPM超寬帶系統(tǒng)中，發(fā)射信號與信息符號之間的非線性關(guān)系，增加了信道估計算法實現(xiàn)的難度，首先把這種非線性模型轉(zhuǎn)化為線性模型，在此基礎(chǔ)上利用接收信號的一階統(tǒng)計特性和信道的稀疏簇特性，提出一種新的UWB信道盲估計算法，獲得較好的性能，仿真結(jié)果驗證了算法的有效性。

［1］羅仁澤.新一代無線移動通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)［M］.北京:北京郵電大學出版社，2007:1－25.

LUO Ren－ze.Key technology of new generation of wireless mobile communication system［M］.Beijing:Beijing University of Posts and Telecommunications Press，2007:1－25.

［2］SIMEONE O，SPAGNOLINIU.Pilot－Based Channel Estimation for OFDM Systems by Tracking the Delay－Subspace［J］.IEEE Trans on Wireless Communications，2004，3(1):315－325.

［3］WANG Zheng－dao，YANG Xiao－fan.Blind channel estimation for UWB communications employing pulse position modulation［J］.IEEE Signal Processing Letters，2005，12(7):520－523.

［4］朱行濤，劉郁林，趙翔.基于均值循環(huán)特性的UWB信道盲估計算法［J］.電子與信息學報，2008，30(10):2381－2383.

ZHU Xing－tao，LIU Yu－lin，ZHAO Xiang.Blind channel estimation for UWB systems based on the cyclic convolution property of the receive signal's expectation［J］.Journal of Electronics ＆ Information Technology，2008，30(10):2381－2383.

［5］SCHOLTZ R.Multiple access with time－h(huán)opping impulse modulation［C］//IEEE.Proceedings of Military Communications Conference.Boston，MA，USA:IEEE Press，1993:447－450.

［6］周金，邵世詳.跳時超寬帶(TH－UWB)多址系統(tǒng)性能研究［J］.重慶郵電大學學報:自然科學版，2007，19(4):481－484.

ZHOU Jin，SHAO Shi－xiang.Study on performance of TH－HWB multi－access system［J］.Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications:Natural Science Edition，2007，19(4):481－484.

［7］MARTRET C J L，GIANNAKISG B.All－digital impulse radio with multiuser detection for wireless cellar systems［J］.IEEE Trans Commun，2002，50(9):1440－1450.

［8］BENEDETTO Maria Gabriella Di，GIANCOLA Guerino.Understanding ultra wide band radio fundamentals［M］.GE Li－jia，ZHU Lin，YUAN Xiao－fang，et al，translation.Beijing:Electronic Industry Press，2005:21－67.

(編輯:王敏琦)