脈沖超寬帶信號能量收集及捕獲研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網、多媒體和無線通信技術的發(fā)展，人們對實現(xiàn)高速率、高質量無線多媒體業(yè)務的需求越來越迫切。超寬帶（Ultra-WideBandwidth，UWB）通信技術以保密性高、耗電低、抗多徑衰落能力強、有利于多功能一體化、系統(tǒng)復雜性和成本低等優(yōu)點成為中短距離高速數(shù)據應用領域無線個人網（WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN）最有力的候選技術。
　　隨著移動通信業(yè)務的發(fā)展，人們需要在諸如辦公室、商務樓、超市、住

2、宅或體育設施等場所內進行高速、大容量的語音和數(shù)據傳輸，室內通信質量受到越來越多的關注。室內UWB無線通信系統(tǒng)信道環(huán)境遠比室外無線通信和基于連續(xù)波的傳統(tǒng)窄帶或寬帶無線通信信道環(huán)境復雜，體現(xiàn)在信道的沖擊響應具有大量的多徑擴展，這一特點給接收機設計帶來了很大的困難。本文結合室內無線信道的基本特征，研究接收機設計的兩個最基本問題，即能量的收集和信號的捕獲，研究并初步解決如何有效的收集并利用能量（天線后的多徑信號能量）以及有效的完成信號的捕獲，建

3、立UWB系統(tǒng)在多徑信道模型下能量收集和捕獲同步的理論分析框架，客觀的評估能量收集和捕獲同步在UWB信道下的性能。論文研究的內容包括：
　　第一，調制方式簡介。和傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)不同，IR-UWB(ImpulseRadio,IR)系統(tǒng)采用窄脈沖體制，不需要載波調制，因此接收機端可以省去鎖相環(huán)等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)復雜性和成本低正由此而來。接收端的信號為調制信號和信道的沖擊響應卷積后加上多用戶干擾和窄帶干擾及其加性白高斯噪聲組成，為了后續(xù)系統(tǒng)

4、分析的方便，有必要對調制方式進行簡單的描述及分析。調制方式簡介為后續(xù)分析提供了理論基礎。
　　第二，低速UWB系統(tǒng)能量收集研究。在低速率情況下，對于單脈沖調制而言不存在內部符號干擾，對于多脈沖調制而言不存在內部符號干擾（InternalSymbolInterference,ISI）和內部幀干擾（InternalFrameInterference,IFI）。根據SV/IEEE802.15.3a模型的特點，推導了幾種調制方式下ARAK

5、E(AllRAKE)接收機性能的閉合表達式，ARAKE接收作為低速率UWB系統(tǒng)BER(BitErrorRate)性能的上界。繼而分析了幾種次最優(yōu)接收機如PRAKE(PartialRAKE)、SRAKE(SelectiveRAKE)和部分窗口能量收集方法。建立了次最優(yōu)接收半理論分析和仿真相結合的評估方法。次最優(yōu)接收能夠達到可接收的BER性能卻降低了實現(xiàn)復雜度。
　　第三，高速UWB系統(tǒng)能量收集及其干擾消除研究。在高速率情況下，對于單

6、脈沖將存在ISI，對于多脈沖將存在IFI和ISI。研究了高速BPSK、DS-UWB(DirectSequence)和TR-DS-UWB(TransmitReference)三種調制方式。對于這三種方式，能量收集的方法都為部分窗口能量收集。建立了單用戶高速UWB通信系統(tǒng)在IFI和ISI存在情況下部分窗口能量收集理論分析體系結構，該體系結構首先得到接收端的等效信號接收模型，再考慮一定的均衡算法消除IFI和ISI?；谠摾碚摲治鲶w系結構，可以

7、客觀的衡量高速UWB系統(tǒng)在一定的能量收集窗口長度和某一均衡算法下接收系統(tǒng)能夠得到的BER性能。
　　第四，UWB信號捕獲的研究。首先研究了DS-UWB信號在AWGN(AdditiveWhiteGaussianNoise)信道和多用戶干擾下采用串行搜索策略系統(tǒng)的捕獲性能，將多用戶干擾近似為高斯隨機變量，分析多用戶干擾對捕獲性能的影響。重點研究了單用戶多徑信道模型下UWB信號的捕獲問題，針對多徑模型下DS-UWB信號的特點，提出了基于