脈沖寬帶無線通信關鍵技術研究.pdf

1、脈沖寬帶無線通信可以追溯到一百多年前無線電起源的年代，最早的無線電發(fā)明者波波夫、馬可尼就是利用火花放電產生無線電脈沖信號完成了最初的電報通信。上世紀40年代到60年代，Louisde Rosa、Conrad H.Hoeppner以及Gerald Ross、HenningHarmuth等為脈沖通信的工程實現(xiàn)方法做出了極大貢獻，脈沖無線電(Impulse Radio，IR)的名稱也開始被大家廣為使用。在美國軍方的研究推動下，IR技術在上世紀

2、90年代得到了重視和快速發(fā)展。2002年4月，美國聯(lián)邦通信委員會(FederalCommunications Commission，F(xiàn)CC)發(fā)布了關于超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）技術第一個民用標準規(guī)范，IR技術是UWB的主要實現(xiàn)方法之一，從此，IR-UWB技術在高速數(shù)據(jù)通信、成像系統(tǒng)、雷達定位等方面的應用迅速成為了全球的研究熱點。
　　與傳統(tǒng)的寬帶通信不同，脈沖寬帶無線通信采用的是無載波調制，將信息調制到基帶脈

3、沖上形成基帶脈沖序列后直接發(fā)送。這種方式有著顯著的優(yōu)勢和特點:低頻譜密度、低截獲、抗多徑衰落、穿透能力強和收發(fā)信機較為簡單等。脈沖寬帶通信包含但不局限于IR-UWB技術，有著更廣的研究和應用范圍。
　　脈沖寬帶通信的關鍵技術主要包含以下幾方面:a.信道模型研究;b.極窄脈沖的產生以及調制技術;c.脈沖接收機射頻前端實現(xiàn)技術;d.脈沖檢測及同步技術。上述關鍵技術中，前兩個方面前人的研究非常多，且已經比較成熟，因此本文主要對現(xiàn)有成果進

4、行分析和介紹，考慮到信道與后面的算法研究密切相關，本文第二章單獨對信道模型進行分析介紹。本文重點研究了上述關鍵技術中第三和第四方面與接收機實現(xiàn)相關的若干關鍵技術。
　　本文主要研究內容和貢獻包括以下幾個方面:
　　1、脈沖寬帶通信接收機射頻前端技術研究。在研究了超外差接收機、鏡頻抑制接收機、零中頻接收機(Zero-IF Receiver，ZIR)以及直接放大采樣接收機等多種接收結構的基礎上，提出了基于直接放大采樣結構的時分(

5、Time Division，TD)雙工收發(fā)信機前端模塊實現(xiàn)方案，在具體電路實現(xiàn)中，針對其中接收鏈路低噪聲、高增益、以及寬頻段的要求，設計了基于雙負反饋簡并cascode結構的低噪放前級、基于鏡像對稱衰減器的寬帶自動增益控制回路以及基于電阻并聯(lián)負反饋的增益驅動后級。該一體化收發(fā)信機模塊最終在0.05-2.5GHz高達5個倍頻程范圍創(chuàng)新實現(xiàn)基本指標，為基帶系統(tǒng)提供了性能驗證的前端平臺，也為脈沖寬帶系統(tǒng)的單片集成(System On Chip

6、，SOC)提供了新的設計思路。
　　2、脈沖寬帶差分自相關接收技術研究。在介紹和研究了常見的相干接收方法、非相干能量檢測接收方法以及非相干差分接收方法的基礎上，指出了在對通信速率要求不是特別高的情況下，非相干差分接收方法是低成本低復雜度的最佳選擇。針對寬帶脈沖短時準靜態(tài)的特點，本文提出了基于脈沖模板平均(Template Averaging Based，TAB)技術的自適應差分自相關接收（Adaptive Differential

7、 receiver，ADIFF）方法，并推導了相應的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)公式。
　　3、針對脈沖雙極性調制(Binary Phase Shift Keying，BPSK)，提出了極性盲恢復方法，具有誤碼自適應能力，顯著降低了對模板質量的不利影響，并改善了差分方式固有的誤碼傳遞問題。仿真結果表明，該算法能顯著提高脈沖接收的誤碼率性能。
　　4、脈沖寬帶通信檢測捕獲技術研究。在相干接收機中，脈沖

8、信號的檢測捕獲技術是系統(tǒng)獲得極限速率的關鍵，針對高速脈沖信號寬度極窄、占空比較大的特點，本文提出了只在接收脈沖信號的時間片內進行自相關接收的核心思想，與傳統(tǒng)的在整個符號周期范圍內進行自相關接收的方法相比，短時積分顯著降低接收信號積分中噪聲功率的累積，從而有利于提高接收機信噪比指標，也降低了系統(tǒng)運算量。另外，對連續(xù)接收到的多個脈沖信號的短時自相關值進行累積，可獲得額外的脈沖接收能量累積增益，從而有利于提高系統(tǒng)接收檢測性能。根據(jù)上述技術方案