專利名稱：一種基于正交小波波形的超寬帶碼元脈沖的壓窄合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于正交小波波形的超寬帶碼元脈沖的壓窄合成方法，屬于通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，UWB無線通信技術(shù)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。具有超過中心頻率的25％或1.5GHz系統(tǒng)帶寬的無線通信系統(tǒng)被稱之為UWB通信系統(tǒng)。有別于以正弦波作為載波的傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)，UWB采用持續(xù)時(shí)間極短的脈沖波形對(duì)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行直接調(diào)制，與正弦波作為載波的傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)相比較，在脈沖波形的選擇方面，UWB具有其特有的靈活性。由于調(diào)制帶寬被擴(kuò)展到幾個(gè)GHz量級(jí)之上，從而系統(tǒng)能夠在占有極低功率譜密度的基礎(chǔ)之上，以極高的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)，UWB還具有抗多徑干擾和窄帶干擾能力強(qiáng)，用戶容量巨大，低捕獲率，系統(tǒng)復(fù)雜度低等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。因而UWB技術(shù)的出現(xiàn)，在不占有已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源情況下，提供了一種全新的話音和數(shù)據(jù)通信方式。
UWB無線通信最大的優(yōu)點(diǎn)都源于通信系統(tǒng)中所應(yīng)用的超短脈沖，然而非常窄的UWB信號(hào)在實(shí)際電路中實(shí)現(xiàn)是非常困難的，做到穩(wěn)定可靠地用于實(shí)際系統(tǒng)需要解決很多技術(shù)問題。如何使用現(xiàn)有比較成熟的寬脈沖UWB信號(hào)或諧波信號(hào)發(fā)生器合成出非常窄的脈沖信號(hào)對(duì)實(shí)際應(yīng)用是非常有意義的。目前易于實(shí)現(xiàn)的是2到3ns的窄脈沖發(fā)生器，而要達(dá)到0.2ns以下的窄脈沖其成本及實(shí)現(xiàn)難度將增加若干倍。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的難點(diǎn)，本發(fā)明在小波分析理論基礎(chǔ)之上，根據(jù)正交小波函數(shù)波與UWB信號(hào)波形的天然相似性，提出了一種基于正交小波波形的超寬帶碼元脈沖的壓窄合成方法，該方法能夠大幅降低UWB窄脈沖的實(shí)現(xiàn)難度，節(jié)約大量成本，并且穩(wěn)定可靠，適于商業(yè)化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于正交小波波形的超寬帶碼元脈沖的壓窄合成方法，具體包括以下步驟1)周期延拓選取不同階數(shù)的haar小波函數(shù)波形，每一個(gè)階數(shù)的haar小波函數(shù)選取兩個(gè)，并進(jìn)行周期延拓，使其他階小波函數(shù)與0階小波函數(shù)有相同的時(shí)長(zhǎng)；2)時(shí)間平移對(duì)于同一個(gè)階數(shù)的兩個(gè)經(jīng)過周期延拓的haar小波函數(shù)波形，將其中一個(gè)延遲為該階函數(shù)周期的一半，并將兩個(gè)同階函數(shù)疊加；3)疊加將各個(gè)階數(shù)的疊加后的函數(shù)對(duì)再疊加起來；4)選通將第三步得到的疊加信號(hào)進(jìn)行脈沖選通門選通，即可得到所需窄脈沖信號(hào)。
所述haar小波函數(shù)為具有緊支集和正則性的小波函數(shù)。
由于本發(fā)明采用了以上技術(shù)方案，故具有以下優(yōu)點(diǎn)利用本發(fā)明可以用2到3ns的脈沖合成出0.2ns的窄脈沖波形，也就是可以用產(chǎn)生較寬脈沖的設(shè)備來生產(chǎn)較窄的脈沖，從而降低了對(duì)元件的要求和設(shè)備三產(chǎn)的成本。


圖1為Haar基波示意2為經(jīng)半個(gè)周期平移后的Haar基波示意3為圖1與圖2兩個(gè)Haar基波疊加的結(jié)果4為經(jīng)延拓的1階Haar小波示意5為將圖4作半個(gè)周期平移后的1階Haar小波示意6為圖4與圖5兩個(gè)Haar小波疊加的結(jié)果7為本發(fā)明的Haar小波差拍對(duì)合成窄脈沖原理8為本發(fā)明在尺度系數(shù)為1時(shí)的仿真結(jié)果圖9為本發(fā)明在引入各階尺度系數(shù)為2j/2時(shí)的仿真結(jié)果圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例的系統(tǒng)實(shí)施功能框圖具體實(shí)施方式
Haar小波函數(shù)為具有緊支集(即波形持續(xù)時(shí)間有限)和正則性頻帶寬度有限)小波函數(shù)。
Haar小波基波的函數(shù)式為ψ(t)＝rect[(t-1/4)/(1/2)]-rect[(t-3/4)/(1/2)]，t∈
，其對(duì)應(yīng)的付氏變換為Ψ(ω)＝4jsin2(ω/4)e-jω/2，由于∫-∞∞ψ(t)dt=0]]>及∫-∞∞tψ(t)dt≠0,]]>因此Ψ(ω)在ω＝0處只有一階零點(diǎn)，haar小波在時(shí)域上是不連續(xù)的，這是它的不足。但是其優(yōu)點(diǎn)是變換相對(duì)簡(jiǎn)單，Haar小波ψ(t)不僅和ψ(2nt)(其中n為整數(shù))正交且與ψ(t-n)(其中n為整數(shù))正交。
由于Haar函數(shù)小波的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，也是能進(jìn)行顯式表示的正交集，同時(shí)具備數(shù)字電路易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。加入整數(shù)尺度參數(shù)和平移參數(shù)后，Haar小波函數(shù)系定義如下 其中尺度參數(shù)和平移參數(shù)分別為j，k。
為了方便起見，我們引入特征函數(shù)X
]>因此H=Σk=0jhj,k(x),j,k∈Z]]>Haar小波差拍周期對(duì)是由Haar小波按基波波長(zhǎng)周期延拓波H和該延拓波的半周期時(shí)延波H，由前述H=Σk=0jhj,k(x),]]>j，k∈Z，j≥0及H‾=Σk=0jh‾j,k+1/2(x),]]>j，k∈Z，j≥0，我們稱H與H為Haar小波差拍對(duì)。
Haar小波合成窄脈沖方法的原理如下首先將小波特征函數(shù)的周期延拓，其特征函數(shù)可記為Σk=0jXj,k(x)=Σk=0j2j/2X(2jx-k),]]>j，k∈Z，j≥0。再針對(duì)不同周期的小波，按各自的半周期進(jìn)行時(shí)延，分別得到H(j)與H(j)。定義合成窄脈沖函數(shù)為D，D=Σj=0nH(j)+H‾(j),]]>j，n∈Z，j≥0，公式中的H(j)+H(j)由于他們信號(hào)交疊部分是等值反相的，相互抵消，在基波起始位置形成正相疊加，半周期點(diǎn)形成負(fù)相疊加。D信號(hào)也是一對(duì)等值反相的，相距半個(gè)Haar小波基波的合成窄脈沖信號(hào)。通過對(duì)D信號(hào)的選通，可以得到單脈沖P信號(hào)。
下面我們以0階和1階小波的延拓平移疊加為例，說明其實(shí)現(xiàn)過程圖1是一個(gè)0階Haar小波基波，將其作半周期位移后生成圖2所示的0階小波，然后將兩個(gè)0階小波疊加生成圖3的疊加結(jié)果。用同樣的方法，圖4是一個(gè)作了周期延拓后的1階小波，圖5是將圖4作了半周期位移后的波形圖，圖6是將圖4與圖5疊加后的結(jié)果。以此類推，在每一階上都這樣延拓平移疊加，直到10階小波。最后在將11個(gè)階數(shù)的疊加結(jié)果再進(jìn)行疊加就可以得到所需要的單脈沖信號(hào)。
在圖7中，小波信號(hào)hj，k(x)經(jīng)過周期延拓(H=Σk=0jhj,k(x))]]>產(chǎn)生與基波周期等長(zhǎng)的H(j)信號(hào)，再經(jīng)過半周期延時(shí)(τ＝1/2)后H(j)信號(hào)變?yōu)镠(j)信號(hào)，H(j)信號(hào)和H(j)信號(hào)為Haar小波差拍對(duì)，求和得到j(luò)階的H(j)+H(j)信號(hào)。最后將0到n階的Haar小波差拍對(duì)和信號(hào)累加求和，通過脈沖選通門G(x)，該門G(x)選通時(shí)間低于Haar小波基波的半個(gè)周期，可以選通正脈沖，亦可將G(x)延時(shí)一段時(shí)間選通負(fù)脈沖，最終得到較基波周期窄得多的窄脈沖信號(hào)P。
如圖8所示，在哈爾小波合成窄脈沖信號(hào)的計(jì)算機(jī)仿真中，首先將半周期時(shí)延中的尺度系數(shù)2j/2用系數(shù)1來代替，經(jīng)過沒有尺度系數(shù)的H和H為Haar小波差拍對(duì)。同時(shí)為了計(jì)算方便，將Haar小波基波周期取值為2，最大階數(shù)為n＝10，可以看出Haar小波的各次差拍對(duì)所形成的臺(tái)階是非常明顯的。
圖9所示為引入各階小波的尺度系數(shù)2j/2，最大階數(shù)n＝10的Haar小波合成窄脈沖的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，可以看出引入各階小波的尺度系數(shù)2j/2后，Haar小波差拍對(duì)的中高階分量部分得到很大的提升。在圖9中由于引入各階小波的尺度系數(shù)2j/2，最大階數(shù)n＝10的Haar小波合成窄脈沖的計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果，與圖8相比有了非常理想的脈沖合成結(jié)果，脈沖持續(xù)時(shí)間被壓窄了上百倍，脈沖寬度僅為基波寬度的百分之一。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施過程如下如圖10所示，首先用10個(gè)周期脈沖發(fā)生器，分別產(chǎn)生周期為T，T/2，T/22，……，T/210的周期方波。每一路方波又分為兩路，其中一路作其周期一半的延遲與另一路疊加。最后將所有10路疊加信號(hào)再進(jìn)行疊加，并通過脈沖選通門就可以得到所需的窄脈沖。
權(quán)利要求
1.一種基于正交小波波形的超寬帶碼元脈沖的壓窄合成方法，其特征在于具體包括以下步驟1)周期延拓選取不同階數(shù)的haar小波函數(shù)波形，每一個(gè)階數(shù)的haar小波函數(shù)選取兩個(gè)，并進(jìn)行周期延拓，使其他階小波函數(shù)與0階小波函數(shù)有相同的時(shí)長(zhǎng)；2)時(shí)間平移對(duì)于同一個(gè)階數(shù)的兩個(gè)經(jīng)過周期延拓的haar小波函數(shù)波形，將其中一個(gè)延遲為該階函數(shù)周期的一半，并將兩個(gè)同階函數(shù)疊加；3)疊加將各個(gè)階數(shù)的疊加后的函數(shù)對(duì)再疊加起來；4)選通將第三步得到的疊加信號(hào)進(jìn)行脈沖選通門選通，即可得到所需窄脈沖信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于正交小波波形的超寬帶碼元脈沖的壓窄合成設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述haar小波函數(shù)為具有緊支集和正則性的小波函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于正交小波波形的超寬帶碼元脈沖的壓窄合成方法，用具有不同階數(shù)較寬的正交haar小波函數(shù)波形，經(jīng)過周期延拓、時(shí)間平移，并疊加成UWB窄脈沖波形。本發(fā)明采用波形合成技術(shù)，運(yùn)用小波理論，諧波合成理論等進(jìn)行描述，利用本發(fā)明可以用2到3ns的脈沖合成出0.2ns的窄脈沖波形，也就是可以用產(chǎn)生較寬脈沖的設(shè)備來生產(chǎn)較窄的脈沖，從而降低了對(duì)元件的要求和設(shè)備生產(chǎn)的成本。
文檔編號(hào)H04B1/68GK1674454SQ20041000629
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2004年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月23日
發(fā)明者張陸勇, 周正 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)