论文研究-基于频域RLS的UWB信道估计算法研究.pdf

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为了提高超宽带接收机性能,提出一种适用于TH-PPM调制方式的超宽带信道估计算法,并对其误码率性能及复杂度进行了分析。算法基于信道频域特性,结合递归最小二乘(RLS)计算,达到信道参数估计的目的。算法可同时对多路信道进行估计,而且对幅度和相位不存在模糊因子。通过计算机仿真和与最大似然法信道估计算法的对比表明,该算法在误码率为10-4时,信噪比增益约为2 dB。通过对该算法性能的理论分析及计算机仿真实验表明,该算法在保证信道估计性能的前提下具有低复杂度,易于工程实现的优点。
第8期 郭黎利,等:基于频城RLS的UWB信道佶计算法研究 3105 ME/2的高斯噪声,E=bp(t)d为p(t)所携带的能量。法信噪比的增希约为2dB,与理想信道估计( ideal me)相差约 则x的方差可以表示为 2.5dB。 0=20n1+2cov (nI, n2)=HDEP -NRo, (A 10° 30 其中:co(n1,n2)表示随机变量n和n2的协方差,R(T)=101 150 ∫p(t)p(t-T)dt为p(t)的自相关函数。 当发送比特相互独立且等概时,接收机平均错误概率为 -FD-RIS BER=Prob(b,=llbi=0)+Prob(b;=0b,=1)= hideal me .". FD-RLS in theol Prob( b,=lIb,=0)=Prob(Z0 <0)= 15 Eb/No Eb/No Prob(R,(O)-RP)(A)< 图3不同训练序列长度下信噪图4训练序列长度为60时不同 比与误码率关系曲线 算法信道估计性能对比 其中:Rn(T)=Jp()P(t-T)d为pB(,与Pe(t)的工相关 函数。因此信道估计误码率叮用补误差函数表示为 5结束语 BER- I (16) 本文提出一种假设同步条件下,适用于TH-PPM调制方式 2NoLEP-RP (A)] 的超宽带信道估计算法。算法基于信道频域特性,利用递归最 小二乘(RIS)计算,估计信道参数。该算法具有算法复杂度 其中:et(y)=∫ 低、易于工程实现的特点。仿真结果表明,FD-RLS算法的性能 3.2 FD-RLS算法复杂度分析 优于ML算法。在误码率为10-的情况下, FD-RLS算法相对 如前分析,信道估计算法复杂度可分为信号的DFT/TDFT 于MI算法信噪比的增益约为2dB。由此可见,FD-RIS信道 变换和HS估计算法两部分,并与算法迭代次数相关。在每伂计算法性能较MI算法得到提高,存在一定的优势。 次迭代中,D可通过F用4M-204-29-4次乘法参考文献 运算和Mlg2M次加法运算实现11,RIS频域算法可通过[1]WNMx,sHO7RA. mpule radio: how it works [J.EE 16M次乘法运算和4M次加法运算实现。表1为提出的信道 Communication Letters, 1998, 2(2): 36-38 [2 ZHANG Ting-ting, ZHANG Qin-yu, ZHANG Nai-long, et aL. Per 佔计算法与最大似然信道佔计算法复杂度的比较。 formance analysis of an indoor UWB ranging system[J. Journal of 表1信道估计算法复杂度 Systems Engineering and Electronics, 2009, 20(3): 450-456 算法 加法运算 乘法运算 幂运算 [3 NIE Hong, CHEN Zhi-zhang. Transceiver technologies for impulse (MN-1) (MN)2 radio ultra wideband (IR-UWB) wireless systems[ C//Proc of Com M(N-1) munication NetworkE and Services Research Conference. Washington N(20M-2logiM- N(3M+M log,M) MA DC: IEEE Computer Society, 2008: 3-4 RLS 2log2M-4) [4 WIN M Z, SCHOLTZ R A. Ultra-wide band width timehopping spread 从表1中可以看出,虽然FDRS算法中存在幂运算,但 pectrum impulse radio for wireless multiple-access cummunications[ J 由于UWB系统传输符号脉冲极窄,要求接收端有较高的采样 IEEE Trans on Communication, 2000, 48(4): 676-691 频率,此时 FD-RlS的计算量小于ML算法中乘法运算导致的5] FORESTER J R. The performance of a direct sequence spread spec 计算量。此外,由于RIS算法的快速收敛性能,FD-RIS算法 trum ultra wideband system in the presence of multipath narrow band interference and multiuser interference[ C]//Proc of IEEE Conference 可用较少的训练序列达到信道估计的日的,从而降低运算量 on UWB Systems and Technologies. 2002: 87-91 囚此 FD-RLS算法的复杂度低于最大似然算法。 16|窦峥,郭黎利,张雅彬.一和基于F变換的超宽带信道盲伂计算 法J.哈尔滨工程大学学报,2007,28(9):1048-10 4性能仿真 [7 LOTTICI V, D'ANDREA A, MENGAIL U. Channel estimation for ul indications[J]. IEEE Journal on Selected Are 系统仿自基于IE802.15.3的CⅥ1信道模型进行,系 as in Communication, 2002. 20(9 统参数为T=250s,T=25ns,N=M=10,△=5ns脉冲持[8] REN Zhi-yman,ITe-jm,wANG,Fei.7 ero-tan detection-hased 续时间Tn=0.5ns,脉冲波形采用高斯脉冲的二阶导数。性能 Kalman filter algorithm for UWB channel estimation [C]//Proc of 仿真通过两个实验从不同角度反映信道估计算法性能。 IEEE International Conference on Ultra-Wideband. 2009. 702-706 实验1反映了该算法在不同训练序列长度下接收信号的[9] CARBONELLI O, MENGALI U. Synchr tion algorithms for uwB 信噪比与误码率间的关系,仿真结果如图3所示。从图中可以 signals J. IEEE Trans on Communications, 2006, 54(2): 329 338 看出随着训练序列长度增加,系统的性能也得到改善,但当训10 GABRIELLA M, BENEDETTO D. GIANCOLA C.超宽带无线电基 练序列长度大于60后,系统性能的改善趋于缓慢。 础M].葛利嘉,译.北京:电子工业出版社,25 实验2在训练序列长度为60时,利用本算法仿真曲线[1 TONELLO A M, RINALDO R. A time- frequeney domain approach to (FD-RLS)对式(15)给出的理论误码率曲线( FD-RLS in theo synchronization, channel estimation, and detection for DS-CDMA im ry)作出了验证。另外通过计算机仿真将本算法( FD-RLS)与 pulse-radio systems [J. IEEE Trans on Wireless Communica- 最大似然(ML)算法在相同条件下的信道估计性能进行了比 tions,2005,4(6):3005-3016 [12] WINOGRAD S. On computing the discrete Fourier transform [J] 铰,并与理想信道估计( ideal me)性能作出了对比,仿真结果 Math Computation, 1978, 32( 141): 175-199 如图4所示。从对比结果可以看出,FDRS算法的性能优于[13 CHRISTOS. Papadimitriou. Optimality of the fast Fourier transform ML算法。在误码率为10-情况下, FD-RLS算法相对于ML算 [J]. Journal of acm,1979,26(1):95-102

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