基于脈沖超寬帶（UWB）無(wú)線接收機(jī)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、無(wú)線超寬帶技術(shù)在短距離、高速無(wú)線連接方面的應(yīng)用一直是近幾年研究的熱點(diǎn)。目前，被廣泛接受的無(wú)線超寬帶技術(shù)主要有兩種：一種是基于脈沖的DS-CDMA UWB模型；另一種是多帶MB-OFDM模型。由于無(wú)線超寬帶信道是一個(gè)密集多徑的環(huán)境，多徑不僅分散了符號(hào)的功率，同時(shí)也會(huì)引起嚴(yán)重的符號(hào)間干擾，為定時(shí)同步及信號(hào)接收帶來(lái)了困難。因此如何解決低功率譜密度及嚴(yán)重符號(hào)間干擾環(huán)境下的接收問(wèn)題是本文討論的重點(diǎn)。本文主要從脈沖DS-CDMA UWB模型出發(fā)，分

2、別在第三、四、五章分別深入探討了接收中遇到的以下三個(gè)方面的關(guān)鍵問(wèn)題，主要包括定時(shí)同步、單用戶接收機(jī)及其性能以及多用戶檢測(cè)等。 1．定時(shí)同步。在同步設(shè)計(jì)中，利用UWB信號(hào)具有符號(hào)周期相關(guān)性，提出自相關(guān)并行同步捕獲算法，該算法特別適用于脈寬相對(duì)較寬(大于等于4ns)的情況，并取得了較快的同步效果。但由于采用并行接收，使該接收機(jī)的復(fù)雜度較高。為解決此問(wèn)題，本文又提出廣義似然比檢測(cè)(GLRT)算法。將接收的UWB信號(hào)功率譜密度用一階AR

3、模型估計(jì)，通過(guò)檢測(cè)GLRT值的突變及周期變化，檢測(cè)信號(hào)的到來(lái)時(shí)間及符號(hào)的變化時(shí)刻，從而確定符號(hào)的定時(shí)時(shí)間。仿真結(jié)果表明，通過(guò)這種方法可以得到快速、準(zhǔn)確的符號(hào)定時(shí)。最后，文中還分析了多用戶環(huán)境下，影響符號(hào)同步的若干因素，并給出了仿真結(jié)果。 2．單用戶接收及其性能。在密集多徑的無(wú)線超寬帶環(huán)境下，RAKE模型是基本的接收機(jī)結(jié)構(gòu)。它也是目前研究最多的一種接收形式。本文第四章首先從一種最普遍采用的、效果較好的ML(最大似然估計(jì))信道估計(jì)算

4、法出發(fā)，給出了選擇RAKE接收機(jī)的性能。針對(duì)選擇RAKE接收機(jī)的性能受到信道估計(jì)精度的限制，從而影響了能量的捕獲，我們提出一種自相關(guān)接收機(jī)模型。仿真結(jié)果表明，自相關(guān)接收的性能優(yōu)于最大似然估計(jì)+RAKE接收機(jī)的形式，特別是在信噪比較高時(shí)。除了上述算法外，本文又將子空間信號(hào)分解算法引入U(xiǎn)WB接收機(jī)，由于受到多徑和符號(hào)間干擾的影響，DS UWB信號(hào)的子空間不能被簡(jiǎn)單地看做直擴(kuò)的擴(kuò)頻碼，因此要對(duì)信號(hào)的子空間進(jìn)行估計(jì)。為降低矩陣運(yùn)算帶來(lái)的復(fù)雜度，

5、我們利用PASTd算法更新矩陣的特征值和特征向量，從而提高了計(jì)算速度。仿真結(jié)果表明，在符號(hào)間干擾較小的CM1信道，這種算法的性能優(yōu)于ML估計(jì)+RAKE接收機(jī)和自相關(guān)接收機(jī)。但在符號(hào)間干擾較大的CM3信道，接收信號(hào)受到嚴(yán)重干擾，矩陣特征值和特征向量的精度降低，雖然在信噪比較低時(shí)，這種精度的降低體現(xiàn)不明顯，但在高信噪比的情況下，精度的下降使接收機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重的“地板效應(yīng)”。 3．多用戶檢測(cè)。多用戶檢測(cè)問(wèn)題之所以單獨(dú)提出，是因?yàn)楹?jiǎn)單地套用

6、單用戶的接收算法已不能滿足性能的要求。所以本文第五章從研究適用于CDMA系統(tǒng)的子空間RAKE和最小輸出能量(MOE)接收機(jī)出發(fā)，對(duì)這兩種算法在DS CDMA UWB系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)地推導(dǎo)，并給出了仿真結(jié)果。結(jié)果表明，時(shí)延擴(kuò)展和符號(hào)間干擾破壞了擴(kuò)頻碼的互相關(guān)性，從而使這兩種算法的性能受到影響。為了改善多用戶接收機(jī)的性能，我們分析了接收信號(hào)的特性，得到信號(hào)的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程，將KALMAN濾波算法引入到UWB系統(tǒng)中；在此基礎(chǔ)上，本文