典型室内环境中超宽带信号传播特性及UWB-IR系统性能研究

摘要

超宽带(Ultra-wideband，UWB)通信是当今极具竞争力的近距离无线通信技术。UWB通信信道特性的研究对于UWB通信系统的成功设计至关重要，UWB信号传播特性研究则是开展UWB信道仿真研究之基础。本文以无载波超宽带通信(UWBImpulseRadio，UWB-IR)系统为例，研究典型室内环境中UWB信号的传播特性，并通过仿真初步探讨典型办公室环境中UWB通信系统的信道特性及UWB-IR系统的性能。 文中首先利用射线和射线追踪法，以一个无障碍物的理想室内环境为例，通过计算UWB信号经室内各面的反射及路径损耗，给出了该环境中UWB信号传播特性的仿真，分别讨论了墙体为理想导体和实际建筑材料情况下UWB通信系统接收端的信号波形的特点。 其次我们针对典型办公室环境中存在隔断的情况，分别利用绕射场频域分析方法和时域一致性绕射理论(Time-DomainUniformTheoryofDiffraction，TD-UTD)分析了UWB信号经隔断边缘的绕射特性。根据上述两种方法的数值结果分析各自的优劣，指出TD-UTD方法表现出了更好的适用性。 最后，基于几何光学射线法和TD-UTD方法的数值结果，初步探讨了典型室内环境中UWB通信的信道特性。在无障碍物的理想室内环境中引入信号质量函数探讨了UWB信号的抗多径性能，并讨论信号的脉冲波形、脉冲宽度、建筑材料对抗多径性能的影响。在有隔断的典型办公室环境中分析了UWB-IR通信系统的误码率，估计出室内UWB-IR系统的极限通信速率，并对不同脉冲波形下系统误码率进行了对比研究，结果表明二阶高斯脉冲信号的系统性能最佳。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1超宽带通信概述

§1.2 UWB通信信道特性研究

1.测量的方法

2.仿真的方法

§1.3本文的工作

第二章超宽带通信系统的无载波实现方案

§2.1无载波调制UWB通信系统

§2.2发送端处理

1.脉冲信号波形类型

2.无载波UWB系统常用的调制技术

§2.3 UWB信道特性

1.小尺度衰落

2.多径信道的参数

§2.4接收端处理

§2.5无载波超宽带系统的性能指标

§2.6本章小结

第三章室内环境中UWB信号传播特性的几何光学分析

§3.1几何光学方法原理

1.高频场的几何光学近似

2.射线追踪原理

3.反射特性

4.几何光学法的缺点

§3.2仿真过程

1.仿真的室内环境

2.UWB信号脉冲形式

3.反射面为理想导体环境下的传播特性

4.反射面为非理想导体环境下的传播特性

§3.3本章小结

第四章室内隔断对UWB信号绕射特性分析

§4.1频域解析法

1.频域分析基础

2.半平面模型下的绕射场分析

3.数值结果

§4.2基于TD-UTD的UWB信号绕射特性分析

1.一致性绕射理论

2.导电劈的绕射特性分析

3.基于TD-UTD方法的UWB信号绕射特性分析的数值结果

§4.3两种UWB信号绕射场分析方法的比较

1.对比结果

2.优缺点分析及其各自的适用环境

§4.4本章小结

第五章室内环境中UWB-IR通信系统性能分析

§5.1室内环境UWV-IR系统信道描述

1.室内UWB-IR系统信道描述

2.信道脉冲响应

3.典型办公室环境中接收端信号仿真

§5.2无障碍室内环境中UWB-IR通信系统的性能

1.评定指标

2.分析过程

3.不同的脉冲波形对UWB信号抗多径性能的影响

4.UWB信号的脉冲宽度对抗多径性能的影响

5.不同建筑材料对抗多径性能的影响

§5.3有隔断的室内环境中UWB-IR通信系统的性能

1.系统误码率（Bit Error Rate,BER）分析

2.信号波形选择对系统误码率的影响

§5.4本章小结

第六章结束语

§6.1总结

§6.2展望

致谢

参考文献

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