Compressed sensing-based detectors for impulse radio ultra wideband systems

One of the challenging problems of Impulse Radio Ultra Wide Band (IR-UWB) detectors is the need for high rate sampling. Compressed-Sensing-based (CS-based) detectors have recently gained popularity due to their implementation simplicity as they require sampling rates much lower than the Nyquist rate...

Full description

Bibliographic Details
Main Author: Shahrad, Ali
Other Authors: Ioannis Psaromiligkos (Internal/Supervisor)
Format: Others
Language:en
Published: McGill University 2012
Subjects:
Online Access:http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=106566
Description
Summary:One of the challenging problems of Impulse Radio Ultra Wide Band (IR-UWB) detectors is the need for high rate sampling. Compressed-Sensing-based (CS-based) detectors have recently gained popularity due to their implementation simplicity as they require sampling rates much lower than the Nyquist rate. However, they are not designed specically for IRUWB signals. Furthermore, they require a large number of correlators to capture the signal energy. In this work, we compare a CS-based detector with the energy detector and show that the CS-based detector with enough correlators can surpass the energy detector. Then, we propose a generalized CS-based detector that requires fewer correlators by increasing the sampling rate up to the point that the available Analogue-to-Digital Converters (ADC) can support. Also, we investigate the relation between the chip rate of pseudo-random correlators and the performance of the CS-based detector; we show how much we lose interms of the probability of detection if the chip-rate goes below the Nyquist rate. Finally, we design sub-optimal structured correlators that are suitable for IR-UWB signals, and we derive performance bounds for the proposed correlators. Simulations show that the CS-based detector with these correlators work better in IR-UWB systems comparing with the conventional correlators. === Un des problèmes difficiles pour les détecteurs de radio impulsionnelle à ultra large bande(IR-UWB) est le besoin de fréquence d'échantillonnage élevée. Les détecteurs basés sur l'acquisition comprimée (CS-based) sont devenus plus populaires dû à leur simplicité demise en œuvre avec des taux d'échantillonnage beaucoup plus faible que le taux de Nyquist. Cependant, ils ne sont pas conçus pour les signaux surtout les signaux IR-UWB. En outre, ils nécessitent un grand nombre de corrélateurs pour capturer l'énergie du signal. Dans ce travail, nous comparons un détecteur CS-based avec un détecteur d'énergie et montrons que le détecteur CS-based avec un nombre suffisant de corrélateurs peut fonctionner mieux que le détecteur d'énergie. Ensuite, nous proposons un détecteur CS-based généralisé qui nécessite moins de nombre de corrélateur. Pour cela, nous augmentons le taux d'échantillonnage jusqu'au taux maximum pouvant être supporté par l'ADC (convertisseur analogique numérique). Plus tard, nous étudions la relation entre le débit du code pseudo-aléatoire et les performances du détecteur CS-based. Nous montrons le nombre de perte de performance en termes de probabilité de détection si le débit du code pseudo-aléatoire est au-dessous du taux de Nyquist. Enfin, nous concevons les détecteurs structurés sous-optimaux qui sont convenables aux signaux d'IR-UWB et nous obtenons la bande de performance pour les corrélateurs proposés. Les simulations montrent que le détecteur CS-based avec ces corrélateurs fonctionne mieux dans le système d'IR-UWB qu'avec les corrélateurs conventionnels.