无线通信快速捕获算法及无线测距技术研究

摘要

在3G及beyond3G无线通信中，信号的捕获始终是一个关键问题，制约着无线通信的质量和效率。3G通信使用直扩（直接序列扩频），这一通信方式具有强抗窄带干扰性能、隐蔽性良好、大容量多址接入等优越性能。直扩方式下的接收信号相位捕获问题，从扩频通信产生到现在，一直都被予以高度重视，处在不断的探索和性能改进中。对直扩，本论文提出了如下两种快速捕获算法：1.通过分析辅助信号特性，以相位预估器的输出概率为基础，首先获得输入信号相位的一高概率调整区间，再运用滑动相关法对该区间进行捕获，从而形成一贝努利概型。2.以辅助信号与输入信号互相关结果的特征为基础，通过二分搜索，大幅缩小PN码调整范围，形成一二叉树搜索模型。与传统滑动相关算法相比，这两种捕获算法在硬件复杂度折中下，都有效改善了对长码的捕获性能。作为个域网的一种信息高速传送方式，超宽带（UWB）凭借其优良性能，已经引起了世界范围科研领域和实业界的广泛关注，其快速捕获算法是超宽带关键技术之一，对经典的无载波超宽带，本论文提出如下四种快速捕获方案：1.引入周期锯齿形脉冲作为辅助信号，将其与导频信号的相关，获得导频信号的时延估计，然后依据该估计值，延展形成一小探测区间，对此小区间运用比特反转法搜索发射对齐位置，从而实现超宽带信号的快速捕获，对这一方案与其它搜索算法进行了比较，显示性能有了较大改进。2.基于TH－PPMUWB的多径和多址特性，提出一种基于协议的超宽带快速捕获算法，按照协议，预置有关参数，把复杂的捕获问题分解成两步，依次进行初始捕获和跳时捕获，从而保证超宽带系统信息有效传输。3.通过分析超宽带信号多径特征，提出一种基于数字滤波器的超宽带捕获算法，该方案依据探测概率和虚警概率选择合适的滤波器窗口宽度，依据跳时码设置滤波器的延时参数，分析显示该系统的捕获性能良好。4.利用接收信号自身作为本地相关信号，来探测接收信号相位，从而实现捕获，在初始阶段，通过设计导频序列，以实现帧级的捕获和脉冲级跟踪，在传送信息过程中，收发端依据监测规则，保证信息传送过程中的同步。这样，系统根据设计算法实现良好的初始捕获和过程中捕获监测。另外，本论文提出一种超宽带OFDM方式下的时间同步方案，在不使用循环前缀的情况下，利用对称算法结合ML算法首先实现初同步，然后利用PN序列的相关性反馈调精细同步，最后理论分析了该方案的可行性。对超宽带中的候选标准MB-OFDM，提出了一种基于信道模型和最佳接收原理的分层优化传输方案。这一方案对接入用户，使用多频带实现多址；对特定用户，使用自适应数据子载波分配满足不同速率要求；对传送比特，使用跳频机制实现多径分集；对接收支路，通过优化设计同步算法以及训练序列、导频子载波实现同步。在无线电测距方面，通过总结星载雷达高度计OCOG跟踪算法，明确指出该算法的特点是除考虑回波前沿外，还考虑了回波拖尾部分。与常规跟踪算法WSG进行仿真比较，显示前者产生的距离误差信号具有更宽泛线性范围，能够保证回波前沿锁定在观测窗内，得到的等效信噪比更大，而均方根误差又能小得多，是一种鲁棒性良好的测距方案。此外，本论文理论总结了一种雷达高度计的测距技术，以回波波形进行分析为基础，给出了基于波形整体的探测算法，仿真结果和实测数据均证实本模型具有很高实用价值。另外，对MB－OFDM通信系统，提出了一种提高精度的测距方案，该方案特点在于动态接收被伪随机码控制的时频信号，然后调整子带接收时间，形成一大的完整频段，从而有效提高测距精度。这样，通过关注无线通信中快速捕获算法及相关的无线测距技术，在这一领域进行了一些有益的探索，这些探索将有助于这一领域进一步形成更优算法，从而更好的促进3G以及beyond3G的理论研究与实际应用，促进我国无线通信领域在国际上拥有一席之地。