引言

　　通常情況下，在無線電定位過程中，基于信號到達時間(TOA)的定位方法要優于其它方法。在基于TOA的定位方法中，主要的偏差源是多徑傳播、非視距傳播和多通道干擾。提高TOA的估計精度是提高無線電定位性能的關鍵。

　　由于典型的脈沖無線電超寬帶(IR-UWB)利用ns寬的極窄脈沖進行通信，極窄脈沖系統的測距解是極其精確的，擁有精確定位和測距的巨大潛力，在較低的中心頻率上提供很大的帶寬，具有的穿透能力使其可用于陰影環境下。精確TOA估計是準確定位的關鍵，多徑的存在，使它變得困難。如果能采用一個適當的門限和接收信號進行比較，選擇超過門限的樣本作為首達信號，這便是一種測得首達時間的簡單方法。但這種方法的難點在于怎樣才能選擇一個合適的門限來和接收信號進行比較。

　　本方案的特點在于用信號樣本的峰度作為門限選擇的準則，同時考慮到信道模型統計和信號噪聲的相對能量。

系統模型

　　接收到的UWB多徑信號表示為：

　　j和Tf表示幀和幀的持續時間，Tc是碼片持續時間，τtoa是接收信號的TOA，Nh是每幀可能的碼片位數，Nh=Tf／Tc。經過信道沖擊響應后的有效脈沖表示為：

　　ω(t)是單位能量的UWB接收脈沖。E是脈沖能量，α1和τ1分別是衰退系數和多徑時延。n(t)是零均值，雙邊帶功率譜密度為N0／2，方差為σ2的加性白高斯噪聲(AWGN)。不考慮調制。采用非相干能量檢測。接收機組成如圖1所示。

　　圖1中平方器件的作用是使強信道響應形成的正負脈沖波形的能量都能收集，增強積分器的輸出能量；LNA為低噪聲寬帶放大器；由于非相干方式對噪聲而言不是的，因此，需要前置帶通濾波器來減少噪聲效應。并行的N個積分器起著收集能量的作用，每Tbns積分一次，Ns表示每符號脈沖數，輸出端樣本值表示為：

基于峰度分析的門限選擇法

　　峰度(Kurtosis)是描述某變量所有取值分布形態陡緩程度的統計量。Kurtosis=0時，與正態分布的陡緩程度相同；Kurtosis>0時，比正態分布的高峰更加陡峭——尖頂峰；Kurtosis<0時，比正態分布的高峰平穩——平頂峰。

　　將峰度的概念運用于TOA估計門限選取中，接收信號樣本的峰度系數用接收信號的二次和四次方瞬時值計算，表達式如下：

　　ε(.)表示求期望。在這里，峰度系數是正態非相似性的。K越大，非正態性越強。在SNR很低的情況下，z[n]呈正態分布，K接近于零。隨著SNR的增大，K也增大。仿真如圖2所示，這是在IEEE802.15.4a CM1和CM2兩種信道模型下，積分間隔取1ns和4ns時得到的K平均值和Eb／N0的關系。其他仿真參數設置為：Tf=200ns，Tc=1ns，Ns=1。不同Eb／N0情況下分別執行1000次運算，取K的平均值。

　　圖3中,(a)為仿真積分間隔采用1ns，信道模型選用CM1、CM2時，門限和K的對數值之間的關系，(b)為積分間隔采用4ns，信道模型選用CM1、CM2時兩者之間的關系，可見，信道模型對ξopt和log2K之間的關系影響不大，ξopt基本上是隨積分間隔而變化的。

　　擬合所得到的曲線，建模ξopt和K之間的關系。得到：

結語

　　計算機仿真比較了TOA估計的幾種方法，結果如圖4和圖5所示，采用峰度準則，估計誤差遠小于門限固定法(ξnorm=0.4)和能量選擇法(MES)，也比僅考慮SNR的ξopt好。所提到的門限選擇法能簡單地用在特定幀持續時間和積分塊大小的準系統中，對信道模型的依賴性較小。