專利名稱：一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線移動通信領域，尤其涉及一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的方法及其裝置。
背景技術：
無線信道是影響無線移動通信系統性能的關鍵因素。無線信道在空時相關性、頻率選擇性等諸多方面呈現出的特性對移動通信系統的設計提出挑戰。因此，研究無線信道傳播特性是研究移動通信新技術的前提與關鍵。在實際的各種地理環境中進行無線信道的測量工作是了解真實信道特征的最佳途徑，被世界各國廣泛采用。常用的無線信道測量方式有直接脈沖測量、頻域信道測量、擴頻滑動相關測量。直接脈沖測量受噪聲和干擾的影響嚴重，頻域信道測量需要收發端嚴格同步而不適合應用于室外測量。而擴頻滑動相關法利用擴頻特性降低通帶干擾，同時擁有很高的測量精度，因此無線信道測量中常用擴頻滑動相關法。在測得大量的信道數據后，需要提取信道沖激響應并抽取無線信道參數，如多徑的數目、每徑的時延、水平離開角、垂直離開角、水平到達角、垂直到達角、多普勒頻移、極化復幅度等，以便深入研究實際信道的特征及變化規律。由于無線信道測量中隨機噪聲的存在，在信道測量的數據處理中，如何從測量數據中進一步提取出準確的信道沖激響應成為一個基礎性問題。這是準確獲得路徑損耗、時延擴展、角度擴展、空間相關性，乃至系統容量等信道特征參數的前提和基礎。信道沖激響應的準確性決定了后續獲得的信道特征參數的準確性和可靠性。在擴頻滑動測量法中，對接收信號進行窄帶濾波，因此信道中的高斯白噪聲在接收信號中表現為窄帶噪聲。由擴頻通信原理可知，滑動相關處理在對原接收信號中有效信號部分解擴的同時也對窄帶噪聲進行了擴頻，使得接收帶寬內的噪聲平均功率降低。從這個角度上看，擴頻滑動相關對于測量過程中的信道噪聲有一定的抑制作用。然而，由于擴頻偽隨機序列本身自相關的非理想性，在測量過程中本身又引入了自相關的干擾，增加了噪聲干擾的影響，增大了信道沖激響應的誤差。而現有的測量過程均忽略噪聲和滑動相關帶來的干擾，認為滑動相關結果即是信道沖激響應。因此需要進一步消除信道噪聲和減小滑動相關干擾，從而準確地提取信道沖激響應，進而抽取準確度更高的信道特征參數，為后續信道建模提供更為可靠的保證。近年來，基于小波分解和重構的信號去噪處理得到了廣泛應用，并顯示出比傳統傅里葉分析更優越的性質。由于測量獲得的信號可能包含許多尖峰和突變部分，并且測量噪聲也不是平穩的高斯白噪聲，對這種信號進行去噪處理和分析，傳統的傅里葉分析顯得無能為力。傳統的傅里葉分析不能給出信號在某個時間點上的變化情況，所以信號在時間軸上任何一個突變，都會影響信號的整個譜圖。而小波分析能同時在時頻域中對信號進行多分辨率分析，在低頻部分具有較聞的頻率分辨率和較低的時間分辨率，在聞頻部分具有較高的時間分辨率和較低的頻率分辨率，所以能同時有效區分信號中的突變部分和噪聲， 可以依據合理的閾值函數以及閾值對小波系數進行處理從而實現信號的去噪。綜上所述，傳統的無線信道測量中忽略噪聲和滑動相關引入的干擾，使得測量結果和實際信道沖激響應存在一定的誤差，并且此誤差對后續的信道參數的提取以及信道建模都有不同程度的影響。而結合小波分析將信號從時域變換到小波域；對變換所得的小波系數進行分析，根據小波系數的特點選取適合的閾值函數以及閾值；繼而依據選定的處理方式對小波系數進行處理，可以去除屬于噪聲和干擾的部分，處理修正小波系數中屬于有用信號的部分；其后對處理后的小波系數和尺度系數進行小波重構，恢復出去除噪聲干擾的信道沖激響應。
發明內容
本發明旨在提供一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的方法及其裝置，其目的在于降低噪聲對信道沖激響應的干擾，提高信道測量結果的準確性和有效性，為后續信道特性研究提供可靠的數據基礎。本發明提供一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的方法，包括以下步驟(I)使用擴頻滑動相關法完成對無線信道的測量，得到含有噪聲的信道沖激響(2)對信道沖激響應進行多分辨率小波分解，將信道沖激響應從時域變換到小波域；(3)合理選取閾值函數和閾值，將噪聲所對應的小波系數按閾值函數進行處理；(4)進行小波重構，將經過去噪處理后的信道沖激響應從小波域變換回時域；(5)存儲經過去噪處理的信道沖激響應，用于信道特性的研究。本發明旨在提供一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的裝置，包括測量模塊，使用擴頻滑動相關法進行無線信道測量，得到信道沖激響應；去噪模塊，對信道沖激響應做多分辨率小波分解，合理選取閾值函數以及閾值對小波系數進行去噪處理；數據存儲模塊，將去噪后的信道沖激響應存入高速磁盤陣列，用于后續數據處理。本發明的上述實施例，通過擴頻滑動相關法測量無線信道，獲得含有噪聲的信道沖激響應；選擇適當的小波函數，對此信道沖激響應進行多分辨率小波分解；合理地選擇閾值函數以及閾值對小波系數進行去噪處理；其后對去噪后的信號進行重構，獲得去噪后的信道沖激響應。此過程一定程度上消除了噪聲對于擴頻滑動相關測量結果的影響，為后續的數據處理，如精確提取信道參數提供了保證。
此處所說明的附圖用以提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定，在附圖中圖I為擴頻滑動相關信道檢測器原理圖；圖2為基于小波分解閾值去噪的無線信道測量方法過程圖；圖3為基于小波分解閾值去噪的無線信道測量系統的結構圖4為基于小波變換的去噪過程示意圖；圖5為硬閾值法的閾值函數與軟閾值法的閾值函數示意圖；圖6為理想的信道沖激響應；圖7為滑動相關測量獲得的信道沖激響應；圖8為進行基于小波分解閾值去噪處理的信道沖激響應。
具體實施例方式本發明提供一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的方法及其裝置，應用于無線信道測量，降低噪聲對信道沖激響應的干擾，提高信道測量結果的準確性和有效性，為后續信道特性研究提供可靠的數據基礎。下面結合附圖對本發明做詳細的描述。如圖I所示，發射端PN序列發生器產生測量所需固定碼長和碼率的偽隨機序列碼，后經過BPSK調制、上變頻到測量頻點并發射；接收端與發射端完成時鐘同步，接收信號經過下變頻、濾波轉化為中頻信號，繼而對中頻信號進行I/Q支路分解并對兩路信號采樣、 儲存；接收端選取和發射端相同的本地PN序列，分別對兩支路信號進行滑動相關處理，得到含有噪聲的信道沖激響應的實部和虛部信息。根據測不準原則可知，小波分析能同時在時頻域中對信號進行多分辨率分析，在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時間分辨率，在高頻部分具有較高的時間分辨率和較低的頻率分辨率，所以能同時有效區分信號中的突變部分和噪聲，可以選取合理的閾值函數以及閾值對小波系數進行處理從而實現信號的去噪。如圖2、圖3、圖4所示，為了對信道沖激響應進行去噪處理，本發明將含有噪聲的信道沖激響應進行多分辨率小波分解；由于信道沖激響應和噪聲經小波分解呈現出不同的特性，分析多分辨率小波分解的不同分解層的小波系數特點，合理選擇閾值函數以及閾值 (如圖5所示)對小波系數進行處理，從而將小波系數中信道沖激響應部分和噪聲部分分離，得到去噪后的小波系數；最后對去噪后的小波系數和尺度系數進行重構，恢復出的純凈的不含有噪聲的信道沖激響應。小波變換相當于濾波器組，分別包括低通濾波器組和高通濾波器組。滑動相關結果(含有噪聲的信道沖激響應)通過低通濾波器后的輸出值為尺度系數，反映了信號的低頻信息；而滑動相關結果與高通濾波器卷積得到的輸出值為小波系數，反映了信號的高頻信息。而小波變換通常將噪聲變換到并集中于高頻區域，所以選取適合的閾值函數以及閾值，對高頻段的小波系數進行處理，其后小波重構濾波器將尺度系數和小波系數進行重構， 即而恢復出消除噪聲的信道沖激響應。基于小波分解閾值去噪分為多分辨率小波分解，對分解后的高頻系數進行閾值量化處理，信號的重構3個過程，具體描述如下I)小波分解在此具體實施例中，選取Sym4小波以及恰當的分解層數，對信道沖激響應進行分解和重構。基于Sym4小波的分解濾波器為一個低通濾波器和一個高通濾波器。此步驟即是將含有噪聲的信道沖激響應變換分解到小波域，從而將信道沖激響應和噪聲干擾進行分離。由于小波變換是線性變換，對信道沖激響應作離散小波變換后得到的小波系數仍由兩部分組成，一部分是信號對應的小波系數，另一部分是噪聲對應的小波系數。基于有用信號和噪聲在經小波變換后具有不同的統計特性有用信號的能量對應著幅值較大的小波系數，噪聲能量則對應著幅值較小的小波系數，并分散在小波變換后的所有系數中。分析不同分解層中小波系數的特點，可以區分信號中的噪聲和有效信號。由小波分解與重構快速算法(Mallet算法)可知，分解濾波的過程表示為
權利要求
1.一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)使用擴頻滑動相關法完成對無線信道的測量，得到含有噪聲的信道沖激響應；(2)對信道沖激響應進行多分辨率小波分解，將信道沖激響應從時域變換到小波域；(3)合理選取閾值函數和閾值，將噪聲所對應的小波系數按閾值函數進行處理；(4)進行小波重構，將經過去噪處理后的信道沖激響應從小波域變換回時域；(5)存儲經過去噪處理的信道沖激響應，用于信道特性的研究。
2.根據權利要求I所述的基于小波分解閾值去噪的無線信道測量方法，其特征在于， 所述的擴頻滑動相關法測量中，接收端將射頻信號下變頻到中頻，對中頻信號進行I/Q支路分解并對I/Q兩支路信號進行高速采集，通過軟件對采集結果進行滑動相關處理，得到信道沖激響應。
3.根據權利要求I所述的基于小波分解閾值去噪的無線信道測量方法，其特征在于， 所述的多分辨率小波分解過程采用Sym4小波，將信道沖激響應通過低通和高通濾波器來完成小波分解，把信道沖激響應變換到小波域。
4.根據權利要求3所述的多分辨率小波分解方法，其特征在于，所述的小波分解采用的是基于多分辨分析的快速算法，即將小波變換轉化為濾波運算；可選的，可以選擇小波包分析法繼續對各層的小波系數進行分解，使得能夠更加精細地反映信號高頻信息，從而能夠更加準確地區分噪聲和有用信息。
5.根據權利要求I所述的基于小波分解閾值去噪的無線信道測量方法，其特征在于， 所述的閾值函數和閾值選取，主要包括硬閾值和軟閾值兩種。
6.根據權利要求I所述的基于小波分解閾值去噪的無線信道測量方法，其特征在于， 所述小波重構將經過閾值去噪處理后的信道沖激響應從小波域變換回時域。
7.一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的裝置，其特征在于，包括測量模塊，使用擴頻滑動相關法進行無線信道測量，得到信道沖激響應；去噪模塊，對信道沖激響應做多分辨率小波分解，選用適合的閾值函數以及閾值對小波系數進行去噪處理；數據存儲模塊，將去噪后的信道沖激響應存入高速磁盤陣列，用于后續數據處理。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述的測量模塊包括信號發送模塊，采用直接序列擴頻信號，依次經過中頻和射頻調制后發送；信號接收模塊，接收信號、濾波，并下變頻到可處理中頻頻點，對中頻信號進行I/Q支路分解并對I/Q兩支路信號進行高速采集；滑動相關處理模塊，對采集得到的信號進行滑動相關處理，得到信道沖激響應。
9.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述的去噪模塊包括小波分解模塊，采用Sym4小波，通過低通和高通濾波器來完成小波分解，將信道沖激響應從時域變換到小波域；閾值處理模塊，合理選取閾值函數，將噪聲所對應的小波系數按閾值函數進行處理，得到去噪后的小波域的信道沖激響應；小波重構模塊，將經過閾值函數去噪處理后的信道沖激響應從小波域變換回時域。
全文摘要
本發明公開了一種基于小波分解閾值去噪的無線信道測量的方法及其裝置，包括以下步驟(1)使用擴頻滑動相關法完成對無線信道的測量，得到含有噪聲的信道沖激響應；(2)對信道沖激響應進行多分辨率小波分解，將信道沖激響應從時域變換到小波域；(3)合理選取閾值函數和閾值，將噪聲所對應的小波系數按閾值函數進行處理；(4)進行小波重構，將經過去噪處理后的信道沖激響應從小波域變換回時域；(5)存儲經過去噪處理的信道沖激響應，用于信道特性的研究。本發明通過小波分解、閾值去噪、小波重構等步驟，可以降低噪聲對信道沖激響應的干擾，提高信道測量結果的準確性和有效性，為后續信道特性研究提供了可靠的數據基礎。
文檔編號H04B17/00GK102594472SQ20121007792
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者于得水, 張殿寶, 張皎, 徐春秀, 武穆清, 王婷婷, 胡騫, 賀媛, 賈貴源, 趙敏, 鄒鵬, 鄭倩倩, 郭嵩, 郭起霖 申請人:北京郵電大學