[发明专利]一种可消除多径无噪声信道下符号间干扰的超宽带定位系统

说明书

本发明公开了一种可消除多径无噪声信道下符号间干扰的超宽带定位系统，包括UWB定位标签，发出超宽带信号脉冲，用于回传定位数据；UWB定位基站，接收UWB定位标签发出的超宽带信号脉冲，用于消除超宽带脉冲无线电多径符号间干扰，再将得到的信号发送给定位服务器；定位服务器，用于接收UWB定位基站发送的含尖峰脉冲信号，生成定位信息；数据服务器，用于存储地图信息；呈现服务器，用于关联定位服务器生成的定位信息与数据服务器存储的地图信并生成可视化定位信息，本方案克服了超宽带信号因带宽超高数模转换困难的障碍，可实现多径无噪声信道下ISI消除，提升定位精度；另，所设计的ISI干扰消除算法不受接收机模型及定位算法等限制，便于推广应用。

技术领域

本发明属于超宽带无线定位系统领域，具体涉及一种可消除多径无噪声信道下符号间干扰的超宽带定位系统。

背景技术

基于位置识别的服务(Location Based Services，LBS)关系到国家安全、经济发展和社会民生，在新一代信息技术这一战略性新兴产业中，具有举足轻重和不可或缺的地位，在物联网、智慧地球、节能减排、救灾减灾等领域发挥着重要的基础。实现LBS的关键是定位技术。随着智能手机和移动互联网的迅速普及，人们对室内外高精度定位导航的需求正呈现爆发式增长趋势。

全球定位系统(Global Positioning System，GPS)在室内的信号覆盖度差，可靠性低，定位效果并不理想。目前室内无线定位技术有基于红外线、超声波、蓝牙、超宽带、射频识别、WiFi、可见光通信等，但红外线定位技术需要部署大量发射器和接收器，复杂度高、功耗大、成本高，超声波通常需要其他无线通信技术辅助，硬件开销较大，蓝牙设备的性能不够稳定，耗电量比较大，射频识别 RFID和WiFi也需要专门部署网络，投入大量的建设成本。超宽带(Ultra Wide Band, UWB)技术因具有高速率、高性能、低截获和检测概率、抗多径及系统复杂度低，在无线室内定位中脱颖而出。

脉冲无线电是超宽带技术的主要实现方式之一。脉冲无线电利用亚纳秒级极短脉冲、具有GHz量级带宽的无载波通信技术。因此，UWB无线信道是高频率选择性的。在接收信号中有大量可解析的多路径分量。超过30秒的延迟是相当普遍的。UWB技术应用于无线个人区域网络(WPANS)，其数据速率超过110Mbps，即使没有编码或扩展，对应的符号周期也小于10纳秒。因此，超宽带技术的符号间干扰(intersymbol interference，简称ISI)不可避免。超宽带定位技术可以分为四种：基于信号到达角度法(Angle of Arrival,AOA)、基于接收信号强度法(Received Signal Strength,RSS)、基于信号到达时间法(Time Of Arrival,TOA)、基于信号到达时间差法(Time Difference Of Arrival,TDOA)[2]。其中,TOA/TDOA法利用了UWB信号良好的时间分辨率特性,可以满足精确定位的需求。信号的多径效应是影响UWB定位精度的主要因素。多径效应会影响超宽带信号直达路径(Direct Path,DP)的检测,从而造成TOA估计误差，鉴别和消除多径引进的ISI干扰是提高超宽带定位精度的难点之一。

对付ISI的传统方法是采用数字均衡器。然而，超宽带脉冲无线电信号带宽超宽，模数转换需要超高的采样速率，实现困难且代价高；其次，由于UWB脉冲超低的占空比和极短的脉冲宽度，在高速率下需要相当大数量的均衡器节点且均衡速率超高。这些都造成了超宽带脉冲无线电符号间干扰ISI消除的严重障碍。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种基于小波变换的可消除多径无噪声信道下符号间干扰的超宽带定位系统。本发明方案无需预先获取信道信息或信道估计，无需模数转换。所期望的信号脉冲与干扰脉冲可通过本方法进行区别并精确确定位置。定位基站的接收机脉冲检测时不再使用传统的接收脉冲，而是使用小波变换及高通滤波后生成的信号尖峰。

为了实现上述的技术目的，本发明采用的技术方案为：