基于Chirp的宽带超宽带通信技术研究

摘要

室内无线信道的衰落很严重，为了保证通信质量，克服平坦衰落带来的影响，人们通常采用扩频(Spread Spectrum，简称SS)通信技术。常用的SS技术有直序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum，简称DSSS)、跳频扩频(FrequencyHopping Spread Spectrum，简称FHSS)和超宽带(Ultra Wideband，简称UWB)技术。其中，DSSS和FHSS具有实现复杂度高，系统功耗/散热量大的不足；UWB很适合室内传输，但是它具有峰值功率大，传输距离短，对其它通信设备潜在干扰强的缺点。然而，无线个人区域网(Wireless Personal Area Network，简称WPAN)对通信设备和技术提出了新的要求，包括低成本、低系统实现复杂度、低发射功率、低系统功耗等。因此，本文尝试了一种新的技术以满足WPAN对室内通信的各种需求。 本文正是针对WPAN通信的需求，讨论了一种基于Chirp超宽带技术的无线通信方案，对Chirp超宽带技术做了创新性和探索性的研究。主要内容包括： 介绍了Chirp超宽带的基本原理，包括脉冲压缩理论，Chirp扩频(Chirp SpreadSpectrum，简称CSS)以及UWB的基本原理。脉冲压缩理论是CSS的基础，保证了CSS具有很高的处理增益以及抗噪声抗衰落能力。当CSS的扩频带宽足够大时，CSS将被扩展为Chirp超宽带，该技术具有CSS和UWB的优点，能解决UWB峰值功率大，传输距离受限制等不足。 研究了Chirp超宽带的调制方式，包括二进制正交键控调制(Binary OrthogonalKeying，简称BOK)以及直接调制(Direct Modulation，简称DM)。一般的，DM可以很好的与时域交叠技术相结合，达到提高调制效率的目的。但是时域交叠方式具有不足，因此本文提出高阶调制的解决建议；除了时域交叠，本文还提出了基于频域的交叠方式，获得更好的性能。 研究了适用于室内通信信道下的接收机。根据接收机设计简单化的原则，本文采用差分调制方式以避免信道相位随机性带来的载波相位同步问题。因为Chirp超宽带具有<1ns级别的多径信道分辨率，所以接收机可以分离出丰富的多径能量。为了获得更好的通信质量，本文采用并验证了几种常见RAKE接收机进行多径合并。 研究了适用于Chirp 超宽带的多用户解决方案。减少多用户干扰(MultipleAccess Interference，简称MAI)是每个具备多用户能力的系统所必需考虑的问题。本文介绍了几种常见的Chirp超宽带多址方案，分析并总结了这些方案的特色和不足，并提出了基于Chirp Code的多址方案，可以满足多用户多速率的通信要求。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：；图目录、表目录、缩略字表

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1 Chirp超宽带的概念

1.2 Chirp扩频技术的发展与应用

1.3 Chirp超宽带的研究现状

1.4本文的研究目的及内容安排

第二章Chirp超宽带的基本原理

2.1室内无线信道

2.2扩频技术

2.2.1直序列扩频

2.2.2跳频扩频

2.3 Chirp扩频技术

2.3.1脉冲压缩理论

2.3.2 Chirp扩频原理

2.3.3 Chirp扩频的特点

2.3.4 Chirp扩频的发展历史

2.4 Chirp超宽带技术

2.4.1超宽带技术

2.4.2 Chirp超宽带技术的特点

2.5本章小结

第三章基于Chirp超宽带的调制方式

3.1二进制正交键控调制

3.1.1原理

3.1.2误码率

3.1.3多径信道下的误码率

3.2直接调制

3.2.1原理

3.2.2误码率

3.3加窗

3.4高效率调制

3.4.1频率交叠

3.4.2高阶调制

3.5 BOK和DM的对比

3.6本章小结

第四章CHIRP超宽带接收机设计

4.1室内无线信道

4.2差分调制

4.3 RAKE接收机

4.4本章小结

第五章Chirp超宽带多址方案

5.1现有的方案介绍

5.1.1 Chirp CDMA多址

5.1.2多扫频率多址

5.1.3多载波多址

5.2基于Chirp码的多址方案

5.2.1 Chirp码

5.2.2基于Chirp码的多址方案

5.2.3仿真结果

5.3本章小结

第六章结论和展望

6.1本论文研究总结

6.2未来工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果及个人简历