脈沖超寬帶信號(hào)能量收集及捕獲研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)、多媒體和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)實(shí)現(xiàn)高速率、高質(zhì)量無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越迫切。超寬帶（Ultra-WideBandwidth，UWB）通信技術(shù)以保密性高、耗電低、抗多徑衰落能力強(qiáng)、有利于多功能一體化、系統(tǒng)復(fù)雜性和成本低等優(yōu)點(diǎn)成為中短距離高速數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域無(wú)線個(gè)人網(wǎng)（WirelessPersonalAreaNetwork,WPAN）最有力的候選技術(shù)。
　　隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，人們需要在諸如辦公室、商務(wù)樓、超市、住

2、宅或體育設(shè)施等場(chǎng)所內(nèi)進(jìn)行高速、大容量的語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸，室內(nèi)通信質(zhì)量受到越來(lái)越多的關(guān)注。室內(nèi)UWB無(wú)線通信系統(tǒng)信道環(huán)境遠(yuǎn)比室外無(wú)線通信和基于連續(xù)波的傳統(tǒng)窄帶或?qū)拵o(wú)線通信信道環(huán)境復(fù)雜，體現(xiàn)在信道的沖擊響應(yīng)具有大量的多徑擴(kuò)展，這一特點(diǎn)給接收機(jī)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的困難。本文結(jié)合室內(nèi)無(wú)線信道的基本特征，研究接收機(jī)設(shè)計(jì)的兩個(gè)最基本問(wèn)題，即能量的收集和信號(hào)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(hào)能量）以及有效的完成信號(hào)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(píng)估能量收集和捕獲同步在UWB信道下的性能。論文研究的內(nèi)容包括：
　　第一，調(diào)制方式簡(jiǎn)介。和傳統(tǒng)的無(wú)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(diào)制，因此接收機(jī)端可以省去鎖相環(huán)等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)復(fù)雜性和成本低正由此而來(lái)。接收端的信號(hào)為調(diào)制信號(hào)和信道的沖擊響應(yīng)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(duì)調(diào)制方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的描述及分析。調(diào)制方式簡(jiǎn)介為后續(xù)分析提供了理論基礎(chǔ)。
　　第二，低速UWB系統(tǒng)能量收集研究。在低速率情況下，對(duì)于單脈沖調(diào)制而言不存在內(nèi)部符號(hào)干擾，對(duì)于多脈沖調(diào)制而言不存在內(nèi)部符號(hào)干擾（InternalSymbolInterference,ISI）和內(nèi)部幀干擾（InternalFrameInterference,IFI）。根據(jù)SV/IEEE802.15.3a模型的特點(diǎn)，推導(dǎo)了幾種調(diào)制方式下ARAK

5、E(AllRAKE)接收機(jī)性能的閉合表達(dá)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(jī)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(jié)合的評(píng)估方法。次最優(yōu)接收能夠達(dá)到可接收的BER性能卻降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)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(duì)于單

6、脈沖將存在ISI，對(duì)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(diào)制方式。對(duì)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(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)首先得到接收端的等效信號(hào)接收模型，再考慮一定的均衡算法消除IFI和ISI。基于該理論分析體系結(jié)構(gòu)，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(zhǎng)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(hào)捕獲的研究。首先研究了DS-UWB信號(hào)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(jī)變量，分析多用戶干擾對(duì)捕獲性能的影響。重點(diǎn)研究了單用戶多徑信道模型下UWB信號(hào)的捕獲問(wèn)題，針對(duì)多徑模型下DS-UWB信號(hào)的特點(diǎn)，提出了基于