基于信号结构重构的UWB 稀疏信道盲估计

张文科，杨 超，朱行涛

(1.重庆城市管理职业学院信息工程学院，重庆 401331;2.四川大学计算机学院，四川成都 610065;3.重庆通信学院DSP实验室，重庆 400035)

0 引言

超宽带(ultra wideband，UWB)通信是一种短距高速无线通信技术，它可以提供每秒几百兆比特甚至几吉比特的数据传输速率，系统功耗低，抗多径能力强，具有较强的穿透能力，且对现有窄带系统的干扰很小。所以，无论是室内还是室外，超宽带技术都是短距离无线高速通信的首选，成为未来无线个人局域网(wireless personal area network communication technologies，WPAN)的热门技术［1］;同时，超宽带信号纳秒级的时域分辨率使得它在精确导航定位方面有着十分广阔的应用前景。

由于无线信道具有色散特性，而UWB系统的时间和频率跟踪环路、解调器，以及自适应处理等模块都需要用到信道信息，因此信道估计的效果对整个UWB系统的性能影响很大。为了进行信道估计，可以在发送端周期性地插入训练序列，这种方法也称为导频符号辅助估计［2］。训练序列的使用增加了传输开销，降低了通信系统效率，而且在某些应用场合，不可能期望在发送端提供训练序列，基于这些原因，不需要发送训练序列的基于统计量特性的盲估计方法［3］引起了人们的广泛关注。

UWB信道估计的发展趋势是避免使用训练序列和高采样率，以提高系统效率，降低算法复杂度［4－5］。在这种发展趋势下，本文提出一种以脉冲率进行采样的UWB稀疏信道盲估计算法。这种算法首先把发射信号与信息符号之间的非线性关系转化为线性关系，简化了信号处理难度;其次，利用UWB信道的稀疏簇特性［6］，避免了无谓的零值抽头估计，获得了较好的性能;最后通过仿真对结果进行了验证。

1 信号结构重构

设g(t)为宽度为Dg的单周期高斯脉冲，则采用跳时脉冲位置调制(time hopping pulse position modulation，TH－PPM)的 UWB 发射信号可以表示为［7］

2 信道估计

2.1 信道预估计

2.2 UWB稀疏信道估计

重复以上步骤，直到所有的非零抽头值都探测和估计出来。

3 仿真及结果

图1为在不同观测数据长度下的MSE与SNR的关系曲线图。从图1中可看出，随着观测数据长度(K)的增加，新算法的MSE性能逐渐提高:观测数据长度K=400时的MSE比K=100的平均低约3 dB;观测数据长度K=600时的MSE比K=400的平均低约1 dB。这主要是因为随着观测数据长度的增加，其一阶统计量越精确，故建立在一阶统计量之上的信道估计就越精确。在观测数据长度K=400下，新算法与文献［3］中基于一阶统计量的盲算法MSE性能比较如图2所示，很显然，新算法的MSE性能要优于文献［3］中的盲算法，尤其是在高SNR的情况下。

图1 MSE与SNR的关系曲线Fig.1 Curve of MSE and SNR

图2 MSE性能比较图(K=400)Fig.2 Curve of MSE comparison(K=400)

当把信道估计参数用于接收机设计时，还可得到在不同SNR下的BER性能曲线，如图3所示。从图3中可看出，在观测数据长度K=600的情况下，新算法的BER仅比理想信道的差约1 dB。

图3 BER与SNR的关系曲线Fig.3 Curve of BER and SNR

4 结束语

在TH－PPM超宽带系统中，发射信号与信息符号之间的非线性关系，增加了信道估计算法实现的难度，首先把这种非线性模型转化为线性模型，在此基础上利用接收信号的一阶统计特性和信道的稀疏簇特性，提出一种新的UWB信道盲估计算法，获得较好的性能，仿真结果验证了算法的有效性。

［1］罗仁泽.新一代无线移动通信系统关键技术［M］.北京:北京邮电大学出版社，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］朱行涛，刘郁林，赵翔.基于均值循环特性的UWB信道盲估计算法［J］.电子与信息学报，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－hopping impulse modulation［C］//IEEE.Proceedings of Military Communications Conference.Boston，MA，USA:IEEE Press，1993:447－450.

［6］周金，邵世详.跳时超宽带(TH－UWB)多址系统性能研究［J］.重庆邮电大学学报:自然科学版，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.

(编辑:王敏琦)