法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2018-07-10
未缴年费专利权终止 IPC(主分类):H04B1/717 授权公告日:20140402 终止日期:20170610 申请日:20110610
专利权的终止
2014-04-02
授权
授权
2012-02-08
实质审查的生效 IPC(主分类):H04B1/717 申请日:20110610
实质审查的生效
2011-12-21
公开
公开
技术领域
本发明涉及超宽带脉冲设计领域,具体是一种应用于超宽带系统 的改进的基于高斯函数的超宽带脉冲设计方法。
背景技术
超宽带技术是一种采用时域持续时间极短的超宽带脉冲的无载 波通信方式,能在近距离范围内实现很高的数据传输速率,且超宽带 脉冲的功率谱密度(PSD)极小,并具有扩频通信的特点。主要应用 于无线LAN、家庭网络、传感器网络、雷达测距定位等领域。由于超 宽带脉冲占用很大的带宽,可能导致超宽带设备与其它现有的通信系 统之间形成干扰,为了解决这个问题,美国联邦通信委员会(FCC) 于2002年2月对超宽带设备的辐射功率进行了限制,分别制定了室 内、外超宽带设备的辐射掩蔽。
现有的一些方法主要从两大方面对超宽带脉冲设计技术进行了 研究:一是以高斯函数及其导函数为基函数来设计超宽带脉冲;另外 就是以升余弦函数、厄尔密特多项式、扁长球体波函数等一些时域窄 脉冲为对象来设计超宽带脉冲,使设计的超宽带脉冲达到FCC规定的 辐射掩蔽限值。
王勇、于大鹏等提出了一种可以满足FCC辐射掩蔽要求且较容易 实现的正弦调制高斯脉冲,能够有效地解决超宽带系统的兼容性问 题,但频谱利用率较低。周刘蕾、朱洪波等通过选取理想的高斯导函 数阶数和成形因子来逼近FCC规定的辐射掩蔽限值,但在低频段的利 用率较低。Parr B,Cho B等提出了一种基于特征值分解的超宽带脉 冲设计算法,对FCC辐射掩蔽的逼近效果较理想,但该算法没有完备 的表达式。胡江、郭锋等采用相同脉冲形成因子的不同幅度和延迟的 高斯脉冲组合实现对FCC辐射掩蔽的逼近,但算法及实现方式较复 杂。Rumin Yang,Chengbo Yu等提出了一种以Hermite-Gaussian函 数为正交基的自适应脉冲设计算法,能满足FCC辐射掩蔽的限制,但 对其所允许的功率谱利用率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有设计算法存在的不足,提供用于 超宽带系统的一种改进的基于高斯函数的超宽带脉冲设计方法。
本发明将FCC辐射掩蔽的0~10.6GHz频带分成四个子频带,在 每个子频带中分别以高斯导函数作为基函数逼近FCC辐射掩蔽,得到 使功率谱利用率最优的子脉冲,使得到的四个子脉冲通过并行的四个 带通滤波器,将带通滤波器的输出子脉冲相加,得到0~10.6GHz频 带的超宽带脉冲。该方法分为五个部分实现。具体方法为:
1.将0~10.6GHz频带分成四个常用的子频带。四个子频带分别 为:0-960MHz,960-1610MHz,1610-3100MHz和3100-10600MHz;
2.设计四个带通滤波器:这四个带通滤波器的通带频率响应与 所划分的四个子频带是相对应的。
3.对每个子频带,选择一个脉冲成形因子和高斯函数导数的阶 数;子频带最优的子脉冲通过在满足FCC辐射掩蔽的同时使功率谱利 用率最优时得到。
4.把每个子频带对应的子脉冲输入到相应的带通滤波器。
5.将并行的四个带通滤波器的输出子脉冲相加,得到最终期望 的超宽带脉冲。
其中,各子脉冲设计方法如下:
①用试凑法选择一个合适的脉冲成形因子α、n阶的高斯导函 数,作为基函数。
②随机产生一组权重系数{ak,k=1,2,…,n}作为初始的权重 系数序列A0。子脉冲p(t)的表达式为
其中,g(k)(t)为高斯函数g(t)的k阶导函数。ak是k阶高斯导函 数的权重,最优的权重系数{ak,k=1,2,…,n}将由FCC辐射掩蔽PSDFCC来确定。
③计算子脉冲p(t)的频谱P(f)和功率谱密度PSDGausssian。如果 PSDGausssian<PSDFCC,令A=A0,如果PSDGausssian不满足PSDFCC则返回②。
④更新权重系数序列A0,计算新的功率谱密度PSDGausssian’,如果 ∑f|PSDFCC-PSDGausssians’|<∑f|PSDFCC-PSDGausssian|,令A=A0, PSDGausssian=PSDGausssian’。如果 ∑f|PSDFCC-PSDGaussssian’|≥∑f|PSDFCC-PSDGausssian|,则检查迭代结束的条件 是否满足。
⑤如果满足迭代结束的条件,则结束迭代。如果不满足,则跳到 ④。
⑥重复步骤④-⑤。
迭代生成该子频带的最优权重系数序列A={ak,k=1,2,…,n}, 从而得到该子频带功率谱利用率最优的子脉冲p(t)。
综上所述,本发明通过分段设计超宽带子脉冲,再把子脉冲滤波 处理后相加的方法得到最终期望的超宽带脉冲,能够更有效的逼近 FCC辐射掩蔽。相对于现有的脉冲设计方法,本发明所设计超宽带脉 冲的频谱在0~10.6GHz频率范围内都满足FCC辐射掩蔽的同时,能 有效的利用FCC辐射掩蔽所允许的功率限值,提高了功率谱利用率。
附图说明
图1为本发明一种改进的基于高斯函数的超宽带脉冲设计方法 流程图;
图2为本发明一种改进的基于高斯函数的超宽带脉冲设计方法 中的子脉冲设计方法流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
一种改进的基于高斯函数的超宽带脉冲设计方法,具体设计步骤 如下:
1.把0-10.6GHz的频率范围分成四个常用的子频带,分成的四 个子频带分别为0-960MHz,960-1610MHz,1610-3100MHz和 3100-10600MHz;
2.根据分成的四个子频带设计四个带通滤波器,这四个带通滤 波器的通带频率响应与所划分的四个子频带是相对应的。
3.对每个子频带,选择一个合适的脉冲成形因子和高斯函数导 数的阶数;子频带最优的子脉冲通过在满足FCC辐射掩蔽的同时使功 率谱利用率最优时得到。
4.把每个子频带对应的子脉冲输入到相应的带通滤波器。
5.将并行的四个带通滤波器的输出子脉冲相加,得到最终期望 的超宽带脉冲。其中,各子脉冲设计方法如下:
①用试凑法选择一个合适的脉冲成形因子α、n阶的高斯导函 数,作为基函数。
②随机产生一组权重系数{ak,k=1,2,…,n}作为初始的权重系 数序列A0。子脉冲p(t)的表达式为
其中,g(k)(t)为高斯函数g(t)的k阶导函数。ak是k阶高斯导 函数的权重,最优的权重系数{ak,k=1,2,…,n}将由FCC辐射掩蔽 PSDFCC来确定。
③计算子脉冲p(t)的频谱P(f)和功率谱密度PSDGausssian。如果 PSDGausssian<PSDFCC,令A=A0,如果PSDGausssian不满足PSDFCC则返回②。
④更新权重系数序列A0,计算新的功率谱密度PSDGausssian’,如果 ∑f|PSDFCC-PSDGausssian’|<∑f|PSDFCC-PSDGausssian|,令A=A0, PSDGausssian=PSDGausssian’。如果 ∑f|PSDFCC-PSDGausssian’|≥∑f|PSDFCC-PSDGausssian|,则检查迭代结束的条件 是否满足。
⑤如果满足迭代结束的条件,则结束迭代。如果不满足,则跳到 ④。
⑥重复步骤④-⑤。
迭代生成该子频带的最优权重系数序列A={ak,k=1,2,...,n},该 子频带功率谱利用率最优的子脉冲p(t)为:
p(t)=AG
其中A=[a1a2…an],G=[g(1)(t)g(2)(t)...g(n)(t)]T,上标T表示转置。
本发明一种改进基于高斯函数的超宽带脉冲设计算法,通过分段 设计子脉冲,再把滤波后输出子脉冲相加的方法得到最终期望的超宽 带脉冲,能够更有效的逼近FCC辐射掩蔽。相对于现有的脉冲设计方 法,本发明所设计超宽带脉冲的频谱在0~10.6GHz频率范围内都满 足FCC辐射掩蔽的同时,能在0~10.6GHz频带有效利用FCC辐射掩 蔽所允许的功率限值,提高了功率谱利用率。
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