一种超宽带脉冲的生成方法、装置和超宽带通信设备

摘要

本发明适用于无线通信领域，提供了一种超宽带脉冲的生成方法、装置和超宽带通信设备。所述方法包括：S101、利用高频正弦函数对修正Hermite多项式MHP函数进行频谱搬移，得到生成超宽带脉冲的新的基函数；S102、以满足中国辐射掩蔽标准为约束条件，采用迭代算法选取权重系数进行线性组合形成超宽带脉冲；S103、通过叠加正弦函数频率，对超宽带脉冲波形进行优化，获得满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲。本发明生成的超宽带脉冲不仅满足中国辐射掩蔽的标准，且有较高的频谱利用率，较高斯函数迭代算法设计脉冲相比，抗多用户干扰性能更强。

说明书

技术领域

本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种超宽带脉冲的生成方法、装置和超宽带通信设备。

背景技术

超宽带(Ultra Wide Band，UWB)短距离通信利用纳秒至微纳秒级的非正弦脉冲传输信号。UWB无线通信技术具有传输速率高、抗干扰强、功耗低、多径分辨率极高、隐蔽性较强与成本小等优势，已成为无线通信领域研究的热点。2002年美国通信委员会(FCC)颁布了为民用UWB无线通信技术开放频谱的法规，对UWB系统的功率谱提出了具体的规范。为满足短距离高速无线数据通信的应用需求，提高频率利用率，根据中国无线电频率划分和实际使用情况，中国制定了超宽带技术频率使用规定。现有的超宽带脉冲成形算法主要按照FCC标准而设计，虽然也有文献提出了使用高斯函数迭代组合形成符合中国辐射掩蔽的超宽带脉冲设计方案，但是其抗多用户干扰性能不佳。使用单阶高斯或者Hermite虽能满足中国辐射掩蔽标准，但频谱利用太过于浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既能满足中国辐射掩蔽标准且频谱利用率高、具有较强抗多用户干扰性能的超宽带脉冲的生成方法、装置、计算机可读存储介质和超宽带通信设备。

第一方面，本发明提供了一种超宽带脉冲的生成方法，所述方法包括：

S101、利用高频正弦函数对修正Hermite多项式MHP函数进行频谱搬移，得到生成超宽带脉冲的新的基函数；

S102、以满足中国辐射掩蔽标准为约束条件，采用迭代算法选取权重系数进行线性组合形成超宽带脉冲；

S103、通过叠加正弦函数频率，对超宽带脉冲波形进行优化，获得满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲。

第二方面，本发明提供了一种超宽带脉冲的生成装置，所述装置包括：

频谱搬移模块，用于利用高频正弦函数对修正Hermite多项式MHP函数进行频谱搬移，得到生成超宽带脉冲的新的基函数；

线性组合模块，用于以满足中国辐射掩蔽标准为约束条件，采用迭代算法选取权重系数进行线性组合形成超宽带脉冲；

超宽带脉冲生成模块，用于通过叠加正弦函数频率，对超宽带脉冲波形进行优化，获得满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲。

第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的超宽带脉冲的生成方法的步骤。

第四方面，本发明提供了一种超宽带通信设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器；以及

一个或多个计算机程序，其中所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的超宽带脉冲的生成方法的步骤。

在本发明中，由于采用迭代选择一组频率为等差数列正弦函数对基函数进行频谱搬移作为新的基函数，同时以满足中国辐射掩蔽标准为约束条件，采取随机数对新基函数进行组合，组合脉冲的功率谱密度拟合波形尽可能向中国辐射掩蔽标准逼近，因此组合脉冲得到了较高的频谱利用率。仿真实验表明，通过本发明的超宽带脉冲的生成方法生成的超宽带脉冲不仅满足中国辐射掩蔽的标准，且有较高的频谱利用率，较高斯函数迭代算法设计脉冲相比，抗多用户干扰性能更强。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法的流程图。

图2是满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲功率谱波形图。

图3是2PPM-THMA系统下误码率对比图。

图4是2PAM-THMA系统下误码率对比图。

图5是本发明实施例二提供的超宽带脉冲的生成装置的功能模块框图。

图6是本发明实施例四提供的超宽带通信设备的具体结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一：

请参阅图1，本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法包括以下步骤：需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的超宽带脉冲的生成方法并不以图1所示的流程顺序为限。

S101、利用高频正弦函数对修正Hermite多项式(modefied Hermite polynomial，MHP)函数进行频谱搬移，得到生成超宽带脉冲的新的基函数。

在本发明实施例一中，S101具体可以包括以下步骤：

构造一组频率为等差数列的高频正弦函数S_n(t)：S_n(t)＝sin[2π(f₀+nΔ)t+ξ_n]，其中，f₀为初始频率，步长公差Δ＝θ，-∞＜t＜+∞，ξ_n为随机相位，n∈(1,2,…,15)；

利用高频正弦函数对MHP函数进行频谱搬移，得到生成超宽带脉冲的新的基函数其中，h_n(t)是MHP函数，是生成超宽带脉冲的基函数，其中τ是脉冲成形因子。

S102、以满足中国辐射掩蔽标准为约束条件，采用迭代算法选取权重系数进行线性组合形成超宽带脉冲。

在本发明实施例一中，S102具体可以包括以下步骤：

线性组合成超宽带脉冲g(t)：其中a_n是权重系数，g(t)傅里叶变换为：

标准化信号辐射功率：其中G_c(f)是中国超宽带无线电设备发射信号的等效全向辐射功率密度限值，值直接反映出频谱利用率；

使超宽带脉冲满足G_C(f)且取得最大值，即G(f)≤G_C(f)，对新的基函数采用迭代算法向G_C(f)逼近拟合，产生权重系数向量η＝(a₁,a₂,······a_m)，求出相应的和记录Δ值，若Δ＝θ，记η_b＝η,Δ_b＝Δ；比较与若则η_b＝η,Δ_b＝Δ；所得η_b值即为最佳权重系数向量，Δ_b为最佳正弦函数频率步长公差。

S103、通过叠加正弦函数频率，对超宽带脉冲波形进行优化，获得满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲。

在本发明实施例一中，S103具体可以包括以下步骤：

迭代Δ＝Δ+Δ′，在Δ＜β条件下重复步骤S101和S102，β为门限，Δ′为一个固定叠加值；

根据S101和S102求得权重系数a_n和高频正弦函数频率f_n，得到满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲g(t)。

本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法在MATLAB软件平台上进行了仿真，为保证本算法能得到更大值的同时运算快速收敛，仿真参数设置脉冲成形因子τ＝0.08e-9，f₀＝0，θ＝0.02e9，Δ′＝0.02e9，门限β＝0.8e9，生成的超宽带脉冲功率谱密度波形图和中国辐射掩蔽标准对比如图2所示，频谱利用率约为79.4％。

在多用户接入条件下，本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法与多阶高斯迭代组合脉冲成形算法分别在2PPM-THMA与2PAM-THMA通信系统下的误码率分别如图3、图4所示。可见本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法既满足中国辐射掩蔽标准，又获得较高频谱利用率，抗多用户干扰性能强。

实施例二：

请参阅图5，本发明实施例二提供的超宽带脉冲的生成装置包括：

频谱搬移模块11，用于利用高频正弦函数对修正Hermite多项式MHP函数进行频谱搬移，得到生成超宽带脉冲的新的基函数；

线性组合模块12，用于以满足中国辐射掩蔽标准为约束条件，采用迭代算法选取权重系数进行线性组合形成超宽带脉冲；

超宽带脉冲生成模块13，用于通过叠加正弦函数频率，对超宽带脉冲波形进行优化，获得满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲。

在本发明实施例二中，所述频谱搬移模块具体用于：

构造一组频率为等差数列的高频正弦函数S_n(t)：S_n(t)＝sin[2π(f₀+nΔ)+ξ_n]，其中，f₀为初始频率，步长公差Δ＝θ，-∞＜t＜+∞，ξ_n为随机相位，n∈(1,2,…,15)；

利用高频正弦函数对MHP函数进行频谱搬移，得到生成超宽带脉冲的新的基函数其中，h_n(t)是MHP函数，是生成超宽带脉冲的基函数，其中τ是脉冲成形因子。

在本发明实施例二中，所述线性组合模块具体用于：

线性组合成超宽带脉冲g(t)：其中a_n是权重系数，g(t)傅里叶变换为：

标准化信号辐射功率：其中G_c(f)是中国超宽带无线电设备发射信号的等效全向辐射功率密度限值，其中值直接反映出频谱利用率；

使超宽带脉冲满足G_C(f)且取得最大值，即G(f)≤G_C(f)，对新的基函数采用迭代算法向G_C(f)逼近拟合，产生权重系数向量η＝(a₁,a₂,······a_m)，求出相应的和记录Δ值，若Δ＝θ，记η_b＝η,Δ_b＝Δ；比较与若则η_b＝η,Δ_b＝Δ；所得η_b值即为最佳权重系数向量，Δ_b为最佳正弦函数频率步长公差。

在本发明实施例二中，所述超宽带脉冲生成模块具体用于：

迭代Δ＝Δ+Δ′，在Δ＜β条件下由所述频谱搬移模块和所述线性组合模块重复执行步骤，否则由超宽带脉冲生成模块执行步骤，β为门限，Δ′为一个固定叠加值；

根据所述频谱搬移模块和所述线性组合模块求得权重系数a_n和高频正弦函数频率f_n，得到满足中国辐射掩蔽标准的超宽带脉冲g(t)。

本发明实施例二提供的超宽带脉冲的生成装置及本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法属于同一构思，其具体实现过程详见说明书全文，此处不再赘述。

实施例三：

本发明实施例三提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法的步骤。

实施例四：

图6示出了本发明实施例四提供的超宽带通信设备的具体结构框图，一种超宽带通信设备100包括：一个或多个处理器101、存储器102、以及一个或多个计算机程序，其中所述处理器101和所述存储器102通过总线连接，所述一个或多个计算机程序被存储在所述存储器102中，并且被配置成由所述一个或多个处理器101执行，所述处理器101执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一提供的超宽带脉冲的生成方法的步骤。

在本发明中，由于采用迭代选择一组频率为等差数列正弦函数对基函数进行频谱搬移作为新的基函数，同时以满足中国辐射掩蔽标准为约束条件，采取随机数对新基函数进行组合，组合脉冲的功率谱密度拟合波形尽可能向中国辐射掩蔽标准逼近，因此组合脉冲得到了较高的频谱利用率。仿真实验表明，通过本发明的超宽带脉冲的生成方法生成的超宽带脉冲不仅满足中国辐射掩蔽的标准，且有较高的频谱利用率，较高斯函数迭代算法设计脉冲相比，抗多用户干扰性能更强。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取记忆体(RAM，RandomAccess Memory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。