[发明专利]全通均衡的时间反演超宽带无线通信方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及时间反演(TR，Time Reversal)无线通信技术。

背景技术

TR(TR，Time Reversal)是近年来发展的一种新型的多径衰落抑制技术。与传统的多径衰落技术不同，TR具有独特时-空聚焦功能和天然的环境自适应性。TR可自动适应各种复杂的无线传输环境，不需要复杂的多径信号合并处理以及自适应算法，极大地简化接收机设计；更为重要的是，TR在抑制多径衰落的同时，能充分地利用多径能量来提高信噪比、压缩脉冲扩展、减小符号间干扰、提高系统的通信容量。大量的理论和实验研究表明，在多径丰富的环境中，纯TR技术(PTR，Pure Time Reversal)的空间和时间聚焦效果比较明显，对提高无线通信系统性能的效果十分显著。

然而，实验研究发现，TR对超宽带(UWB，Ultra Wide Band)无线信道中相干多径(即频率选择性衰落)效应的抑制效果并不理想，尤其是在稀疏多径环境下，依然存在幅度很强的相干多径脉冲。这些相干多径脉冲在高速率传输下，会与信号脉冲相互交叠，产生严重符号间干扰(ISI)，进而制约无线通信系统高速率、高性能方向上发展。

为了解决上述问题，不少研究工作者提出了多种技术解决方案，例如基于最小均方根误差均衡(MMSE)的TR无线传输技术，强迫归零(ZF)的TR传输等。这些技术都是将各种均衡技术与TR技术相结合，以到达消除UWB无线通信系统中相干多径，抑制无线信道中ISI的目的。但是，从目前的技术研究状态来看，现有TR均衡技术的算法都非常复杂、运算量大、实现难度大，不便应用于高速的无线传输通信系统之中。

例如，文献“Improvement of Time-Reversal Communications Using Adaptive Channel Equalizers”(IEEE Journal Of Oceanic Engineering，Vol.31，No.2，April 2006)提出一种基于自适应信道均衡的TR无线通信传输方案。该方案在发射端采用TR预补偿技术，在接收端对接收信号首先经过一个前置滤波器，然后再通过一个由判决设备与反馈滤波器组成的判决反馈均衡器(DFE)以到达均衡信号的作用。其中整个接收端所用的滤波器的权重参数均是采用最小均方根误差(MMSE)技术进行优化设计的。通过将时间反演与最小均方根误差均衡技术两者的有机结合对多径效应进行抑制，消除信道中的相干多径，理论研究表明该方法能够有效降低多径效应造成的ISI，提高TR无线通信系统的传输性能。但是，随着无线信道中的传输路径数量的增加，该系统的接收机结构将变得非常复杂，且均衡算法所需运算时间也会急剧增加，硬件实现难度大，复杂度高。同时，由于算法所需运算量大，所以很难应用于高速无线传输系统。

文献“Time Reversal and Zero-Forcing Equal ization for Fixed Wireless Access Channels”(Signals，Systems and Computers，2005.Conference Record of the Thirty-Ninth Asilomar Conference，p.1297-1301，Oct28-Nov1，2005)将强迫归零预均衡技术与TR相结合。该技术是在确定了信道冲击响应之后，利用已知的响应函数将固定无线传输信道利用有限冲击响应(FIR)数字滤波器来模拟整个传输信道，然后利用将强迫归零算法与时间反演技术相结合设计出与无线信道相匹配的波形发生器以到达均衡信道的目的。对整个信道进行幅度均衡理论结果表明，该技术在对多径的抑制上优于PTR和纯强迫归零均衡技术，但是，该系统需要复杂的信道估计算法、对波形发生器进行复杂的最优化参数设计以及要求严格的时间同步，所以不便于工程实现。

均衡技术是抑制相干多径和非相干多径的一种有效技术，但是上述最小均方根误差与强迫归零均衡技术在结构和工程实现上难度大，均衡算法复杂，运算量也随传播路径数量的增加而急剧增加，难以在高速无线通信系统中得到广泛应用。

发明内容

本发明提供全通均衡的时间反演超宽带无线通信方法，用以抑制UWB无线通信系统中的相干多径效应，提高通信系统的传输性能。整个方法具有操作简单，运算量小的特点。

本发明技术方案为：

全通均衡的时间反演超宽带无线通信方法，如图1所示，包括以下步骤：