[发明专利]用于选择无线电信号的能量阈值的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及对无线电信号的到达时间(time-of-arrival，TOA)进行估计，更具体地涉及对超宽带(ultra-wideband，UWB)信号TOA估计的能量阈值进行选择。

背景技术

由于极快极短的脉冲(例如每秒数十亿个亚纳秒脉冲)，脉冲无线电超宽带(impulse radio ultra-wideband，IR-UWB)能进行精确的测距和位置估计。接收信号的精确到达时间(TOA)估计是精确测距的关键因素。然而，接收的UWB信号可能包括数以百计的多径成分，这增加了TOA估计的困难。

如果可以获得粗略的定时估计，则可以将接收样本的能量与能量阈值进行比较。可以将超过阈值的第一个样本用作TOA估计值。

然而，选择适当的阈值是一个问题。可以根据接收信号的统计数据(即信噪比(SNR)或信道实现)来选择阈值。如果所选择的阈值仅仅基于噪声方差，则需要确定噪声的方差，参见2002年11月Proc.IEEEAsilomar Conf.Signals，Syst.Computers，第1卷，第706-711页，Scholtz等的“Problems in modeling UWB channels”。

有一种方法使用在能量样本的最小值与最大值之间分配阈值的归一化阈值技术，参见Molisch等在2005年7月18日提交的序列号为11/XXX,XXX、名称为“UWB Ranging”的美国专利申请。然而，在实用中该方法存在两个限制。很难估计SNR，并且仅仅使用接收信号的SNR不能考虑到个别的信道实现。这导致了次优的阈值选择。

发明内容

本发明提供一种用于估计无信电信号的到达时间的方法。具体而言，该信号是超宽带(UW)信号。该方法使用接收信号的峰度来估计能量阈值。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方式的对用于估计UWB信号的TOA的能量阈值进行估计的系统和方法的框图；

图2是根据本发明一个实施方式的UWB信号的接收能量块的时序图；

图3是针对不同块尺寸的相对于E_b/N₀的K期望值的图表；

图4是TOA估计值相对于正态阈值的平均绝对误差的图表；

图5是最优归一化阈值相对于峰度的对数的图表；

图6是与图5中的图表对应的平均绝对误差的图表；以及

图7是测距估计误差的置信度的图表。

具体实施方式

系统结构

图1示出了根据本发明一个实施方式的用于确定超宽带信号102的能量阈值ξ101的系统和方法100。能量阈值101可以用于估计110 UWB信号102在接收器处的到达时间(TOA)111。

在天线120处接收UWB信号。对信号进行预处理105。在预处理期间，对信号进行低噪声放大(LNA)130、带通滤波(BPF)140、平方(.)² 150和积分∫160。以时间间隔t_s对所得到的信号能量进行周期采样170，以生成样本z[n]171。

对样本进行峰度分析180。峰度是实数值随机变量z[n](即信号样本)的分布尖锐度(peakedness)的度量。可以将峰度定义为信号样本中能量分布的二次矩与四次矩之比。正态随机变量的分布具有峰度3。较高的峰度意味着更多方差是由于低频度的极端偏差、而不是高频度的中等大小的偏差造成的。使用该峰度来选择190能量阈值ξ101。

系统模型

可以将接收的多径超宽带(UWB)信号102表示为