Robust channel estimation for ultra-wide band communications

Abstract

UWB (ultra-wide band) systems transmit low power signals through communication channels that operate in closed environments and in short distances resulting in multiple propagation trajectories. Moreover, the noise affecting these channels can be characterized by the use of statistical models with heavier tails that the ones exhibited by gaussian distribution. This article proposes a robust approach for the estimation of the parameters of UWB channels based on the weighted median. More specifically, it develops an algorithm of greedy search that exploits the low density characteristic of the channel’s impulsive response, in which the gains and delays of the relevant channels are determined by applying the weighted median on an scaled and displaced version of the signal received. This newly introduced algorithm is evaluated using extensive simulations in which the performance of the proposed algorithm surpasses the performance of the traditional greedy search algorithm for different levels of impulsive noise.

Os sistemas UWB (ultra-wide band) transmitem sinais a baixa potência por meio de canais de comunicação que operam em ambientes fechados e em distâncias curtas, o que origina múltiplas trajetórias de propagação. Além disso, o ruído que afeta esses canais pode ser caracterizado mediante o uso de modelos estatísticos de caudas mais pesadas que as exibidas pela distribuição gaussiana. Neste artigo, propõe-se uma abordagem robusta para estimar os parâmetros dos canais UWB baseado na média ponderada. Em específico, desenvolve-se um algoritmo de busca voraz que aproveita a característica pouco densa da resposta impulsiva do canal, em que os ganhos e os atrasos dos canais relevantes são determinados aplicando a média ponderada sobre uma versão escalada e deslocada do sinal recebido. O algoritmo proposto é avaliado usando extensas simulações nas quais o rendimento do algoritmo proposto supera o desempenho do algoritmo de busca voraz tradicional para diferentes níveis de ruído impulsivo.

Los sistemas UWB (ultra-wide band) transmiten señales a baja potencia a través de canales de comunicaciones que operan en entornos cerrados y en distancias cortas, lo que origina múltiples trayectorias de propagación. Además, el ruido que afecta a estos canales se puede caracterizar mediante el uso de modelos estadísticos de colas más pesadas que las exhibidas por la distribución gaussiana. En este artículo, se propone un enfoque robusto para la estimación de los parámetros de los canales UWB basado en la mediana ponderada. Específicamente, se desarrolla un algoritmo de búsqueda voraz que aprovecha la característica poco densa de la respuesta impulsiva del canal, donde las ganancias y los retardos de los canales relevantes se determinan aplicando la mediana ponderada sobre una versión escalada y desplazada de la señal recibida. El algoritmo propuesto se evalúa usando extensas simulaciones en las que el rendimiento del algoritmo propuesto supera el desempeño del algoritmo de búsqueda voraz tradicional para diferentes niveles de ruido impulsivo.