壓縮感知框架下的IR-UWB通信研究.pdf

1、IR-UWB技術(shù)無(wú)需載波,利用納秒(ns)至皮秒(ps)級(jí)的窄脈沖攜帶信息,具有頻譜寬、功率低、抗干擾能力強(qiáng)等諸多特點(diǎn),在雷達(dá)、測(cè)距、監(jiān)控等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。數(shù)字化接收機(jī),具有靈活度高、復(fù)雜度低、易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì),是IR-UWB接收機(jī)的首選框架。但是,IR-UWB信號(hào)通常擁有上GHz的帶寬,接收機(jī)的采樣單元面臨著巨大的壓力。同時(shí),采樣芯片的發(fā)展并不遵循摩爾定律。因此,難于“低成本、低復(fù)雜度”地實(shí)現(xiàn)IR-UWB通信。
　　新興的壓縮傳感(

2、Compressed Sensing,CS)理論,在信號(hào)處理領(lǐng)域,一經(jīng)提出便受到廣泛地關(guān)注。該理論表明,當(dāng)一個(gè)信號(hào)具有稀疏性或者可壓縮性時(shí),可以通過(guò)少量的信號(hào)投影值進(jìn)行高精度信號(hào)重構(gòu)。同時(shí),CS理論也為解決sub-Nyquist采樣率條件下的信號(hào)解調(diào)問(wèn)題提供了新方法。IR-UWB信號(hào)在時(shí)域具有很高的稀疏度,同時(shí)多徑信道具有天然稀疏性,滿(mǎn)足了CS理論應(yīng)用的前提條件。所以,將CS理論應(yīng)用于存在信號(hào)采樣瓶頸的IR-UWB通信系統(tǒng)的方案是具有可

3、行性的。
　　本文充分利用IR-UWB信號(hào)和多徑信道的特點(diǎn),在已有研究的基礎(chǔ)上，對(duì)CS框架下的IR-UWB通信系統(tǒng)展開(kāi)深入系統(tǒng)地研究。首先從理論背景出發(fā),總結(jié)IR-UWB的關(guān)鍵技術(shù)和CS理論框架。然后,給出基于CS的IR-UWB系統(tǒng)的框架,并結(jié)合已有文獻(xiàn)分析了IR-UWB通信在CS框架下實(shí)現(xiàn)的可行性。本文采用“導(dǎo)頻輔助+BPM&M-PPM”這種信令方式,實(shí)現(xiàn)100Mbps的高速I(mǎi)R-UWB通信。在接收端,給出模擬前端和數(shù)字后端的具

4、體方案,詳細(xì)敘述壓縮采樣過(guò)程,在CS框架下實(shí)現(xiàn)信道估計(jì)和信號(hào)解調(diào)。在信道估計(jì)部分,引入易于實(shí)現(xiàn)的相關(guān)測(cè)量矩陣進(jìn)行信道估計(jì)。針對(duì)信號(hào)解調(diào)問(wèn)題,提出兩種解決方案:重構(gòu)映射法和壓縮域直接分類(lèi)法。重構(gòu)映射法,雖然需要較多的測(cè)量值,但迭代次數(shù)少且誤碼率性能好。壓縮域直接分類(lèi)法,無(wú)需重構(gòu)原始信號(hào),需要的測(cè)量值少,降低硬件復(fù)雜度。本文采用OMP(正交匹配追蹤)算法對(duì)壓縮信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)。從相對(duì)誤差仿真結(jié)果看,相關(guān)測(cè)量矩陣的引入,提高了多徑信道估計(jì)性能。從