宽带脉冲无线电通信关键技术及应用研究

摘要

脉冲无线电（Impulse radio, IR）是最古老的无线通信技术，最早可追溯到19世纪末。但由于技术条件的限制，无线通信朝着载波传输的方向发展。在过去40年中，基于脉冲无线电的超宽带（Ultra-Wide Band, UWB）系统首先被应用到军事领域中，如军用雷达，以及低截获率、低侦测率的通信系统等。上个世纪90年代开始，科学家一直致力于宽带脉冲无线电的民用及商业应用进程。直至本世纪初，各国纷纷开放3.1-10.6GHz及以上的部分频谱资源供商业设备使用，基于脉冲无线电的超宽带和60GHz通信技术迅速发展起来。
　　宽带脉冲无线电技术由于具有结构简单，功耗低，速率高等优点，成为无线通信技术的重要支流，广泛应用在无线传感器网络、医疗以及精确定位等领域。本文在IR-UWB和IR-60GHz已有的技术基础上，做了以下研究：
　　1.将差分脉冲位置调制（Differential Pulse Position Modulation, DPPM）应用到 IR-UWB系统中。DPPM通过去除符号中多余的时隙，能够提供更高的传输速率，同时由于符号均以脉冲结束，系统不需要符号同步，因此DPPM相比于PPM具有更简单的系统结构和更高的传输速率。
　　2.在差分脉冲位置调制的基础上，将 DPPM与脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation, PAM）相结合，提出差分脉冲位置幅度调制（Differential Pulse Position and Amplitude Modulation, DPPAM）方法。理论分析和仿真结果显示，2×N维的DPPAM比2×N维的DPPM和PPM有更好的系统性能，而M×N（M>2）维的DPPAM则提供了一种系统性能与复杂度折中的选择。
　　3.根据FCC对60GHz通信系统的规定，本文研究了三种适用于60GHz系统的脉冲设计方法，高阶函数，反向推导法与频谱搬移法。并通过研究使用不同脉冲的系统性能与容量，得到结论：在相关接收60GHz系统中，相关函数衰减较快的脉冲能够提供较低的误码率和更好的容量。
　　另外，本文还研究了超宽带脉冲无线电系统的在图像传输系统及传感器网络中的应用。
　　1.设计了一种信道选择方法用于改善超宽带图像传输系统的性能。首先将图像信息通过离散小波变换分为关键信息与次要信息两部分，再根据信道衰减的累积分布函数选择一个合适的阈值用于选择信道。当信道噪声较低时传输关键信息，反之传输次要信息。然后在接收端重构图像。
　　2.分析了脉冲无线电超宽带系统在适用于智能电网的家庭传感器网络中的潜在应用。通过与 Wi-Fi和 Zigbee技术对比，阐述了脉冲无线电超宽带系统在住宅环境中的无线传感器网络的优越性，指出了脉冲无线电超宽带系统在智能电网家庭管理系统的潜在应用前景。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1宽带脉冲无线电技术的背景及意义

1.2宽带脉冲无线电技术的历史及现状

1.3论文的研究意义及创新性

1.4本文主要研究内容

2. 宽带脉冲无线电系统原理

2.1 脉冲无线电超宽带系统原理

2.2 脉冲无线电60GHz系统原理

2.3 本章小结

3.脉冲无线电超宽带系统新型调制技术研究

3.1差分脉冲位置调制（DPPM）

3.2差分脉冲位置幅度调制（DPPAM）

3.3本章小结

4.脉冲无线电60GHz系统脉冲波形研究

4.1 60GHz系统脉冲设计

4.2 脉冲波形对60GHz系统性能及容量的影响

4.3本章小结

5脉冲无线电系统的应用

5.1 脉冲无线电超宽带图像传输系统

5.2 脉冲无线电UWB在智能电网的潜在应用

5.3 本章小结

6. 总结与展望

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文

研究成果及获奖情况