超宽带（UWB）信号在室内信道的传播及抗干扰性能的研究

摘要

现代通信系统对带宽和数据率的要求越来越高，超宽带(ultra-wideband，UWB)以其带宽高、容量大、辐射功率谱密度低、抗干扰能力强等优点，适用于密集多径信道的短距离通信。论文主要围绕UWB通信系统的信道模型特性及其信号传播、抗窄带干扰性能等展开理论分析和仿真，由于多波段OFDM调制本身的优越性，最后对OFDM-UWB物理层实现方案进行了研究，并通过MatlabSimulink搭建了UWB系统模型，仿真结果验证了理论分析。 首先论文在介绍UWB技术定义和主要特点的基础上，详细论述了UWB的三种系统实现方案、国内外在信道和抗干扰方面的研究现状及目前标准的制定情况，并分析总结了三种实现技术的优缺点，结果表明多波段OFDM调制的UWB技术易于CMOS实现，且有较强的抗多径和窄带干扰能力。 其次论文在IEEE802.15.3a工作组最终确定的室内信道模型基础上，通过Matlab仿真了多径信道的实现，由此深入分析得出了UWB信号在室内信道的传播规律；另一方面通过对Intel测量数据的拟和，总结了信道模型参数的统计分布特性，以便于今后UWB系统和接收机的设计。 接着研究了UWB系统的抗窄带干扰性能。论文提出将MMSE-RAKE接收代替传统的MRC-RAKE接收机，在最终确定的典型的视距(LOS)和非视距(NLOS)信道中，创新性地理论分析并模拟仿真了存在IEEE802.¨a和WiMAX窄带干扰时UWB系统的性能，结论证明MMSE-RAKE接收机能有效抑制窄带干扰。 由于OFDM较好的抗多径干扰特性，论文最后利用MatlabSimulink工具对OFDM-UWB物理层提案进行了实现和仿真，将系统搭建为信道可以灵活选择(CM1～CM4)的模型，通过误比特率计算模块，得到了不同信道情况下的系统性能仿真结果，验证了前面的理论分析。 本论文的创新之处在于：(1)在深入理解IEEE802.15.3a研究组最终确定的多径信道基础上，用Matlab对典型的LOS和NLOS信道做了仿真实现，并根据对测量数据的拟和总结了信道参数的统计分布情况。 (2)提出把MMSE-RAKE接收机用于UWB系统的抗窄带干扰分析，在上述典型的LOS和NLOS信道基础上，笔者创新性地分析存在IEEE802.11a和WiMAX干扰时，比较了MMSE-RAKE接收和传统的MRC-RAKE接收时UWB系统的误比特率。仿真结果表明，MMSE-RAKE接收机可以降低系统的误比特率，有效地抑制窄带干扰。 (3)UWB通信由于其特定的室内信道模型，用MatlabSimulink搭建系统仿真平台时不能直接引用Simulink库中已有的模块。在其他学者研究的基础上，根据Intel的测量数据编写信道S函数，创建了含有典型信道(CM1～CM4)和误比特率模块的多波段OFDM-UWB仿真平台，仿真了CM1～CM4信道下不同信噪比时OFDM-UWB的系统性能。结果验证了OFDM-UWB的物理层理论分析，为今后的硬件实现提供了有力支持。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及本论文使用授权说明

第一章前言

1.1引言

1.2超宽带(UWB)无线电通信简介

1.2.1 UWB技术的定义和特点

1.2.2 UWB技术的产品前景和发展趋势

1.2.3 UWB技术的系统实现

1.3国内外研究现状

1.4论文研究的内容和创新

第二章UWB信号在室内信道的传播

2.1引言

2.2 UWB信道测量

2.3小尺度室内信道模型及其特征分析

2.3.1多径信道模型

2.3.2路径损耗模型

2.4小结

第三章UWB和窄带无线电系统的共存

3.1引言

3.2 WLAN(802.11a)对UWB的干扰分析

3.2.1 802.11a和UWB的系统模型

3.2.2理论分析和数值仿真

3.3 WiMAX(802.16)对UWB的干扰分析

3.4窄带干扰抑制方法

3.5小结

第四章多频段OFDM-UWB方案及系统模型设计

4.1引言

4.2 OFDM-UWB原理分析

4.3 OFDM-UWB系统模型设计及仿真

4.3.1 MB-OFDM模型创建与实现

4.3.2仿真结果

4.4小结

第五章结束语

参考文献

作者在攻读学位期间公开发表的论文

致谢