超宽带系统中的Rake接收技术及性能研究

摘要

超宽带是一种适用于短距离的高速无线数据通信技术。它具有高带宽、低功率、低成本等特点，是极具竞争力的无线个域网(Wireless Personal Area Networks，WPANs)解决方案。与传统无线通信系统相比，超宽带系统面临更为严重的频率选择性衰落，导致接收端信号能量产生严重弥散，波形严重失真。因此，超宽带接收机结构设计是重要的技术环节。Rake接收机能够有效分离多径信号，通过分集合并技术提高超宽带通信系统性能，是超宽带通信系统中的一项关键技术。
　　 传统Rake接收机一般采用与发射信号相匹配的单一模板进行多径信号捕获。由于超宽带信号经信道传播后产生严重波形失真且能量弥散严重，采用单一模板实现Rake接收往往不能有效检测信号能量，限制了系统性能。本文结合典型的脉冲超宽带系统，对传统Rake接收技术进行了深入研究。在此基础上，探讨了正交双模板的Rake接收机的结构，并给出了两种多径选择策略，针对不同多径选择与合并策略，对其在典型超宽带信道环境中的性能进行了仿真分析。论文的主要工作包括以下方面：
　　 1.探讨了基于正交双模板的Rake接收机结构，阐明了其工作原理，给出信道估计方法。它采用一对满足希尔伯特变换关系的正交模板进行多径信号能量捕获，用有限的Rake叉指数可捕获更多信号能量，有利于提高接收机检测性能。
　　 2.基于正交双模板SRake接收机结构，给出两种多径选择方案：基于正交多径的选择方式与基于同时到达多径的选择方式。两种选择方案可结合最大比合并、等增益合并灵活应用，便于在复杂度和性能间进行折中。
　　 3.对所提方案在典型超宽带信道中的性能进行了仿真分析，并与传统Rake接收机进行了对比。仿真结果表明：1）与传统Rake接收机相比，正交双模板Rake接收机在误码率为10'3时可获得3dB的信噪比增益；2）与等增益合并方式相比，采用最大比合并方式的正交双模板Rake接收机在误码率为10-3时有2dB的好处；3）正交双模板Rake接收机性能对信道估计精度不敏感；
　　 4)基于SRake接收机的两种多径选择方式，在误码率为10-4时，基于同时到达的多径选择方式约有ldB的信噪比增益。

目录

文摘

英文文摘

CONTENTS

符号说明

第一章 论绪

1.1 概述

1.2 超宽带技术简介

1.2.1 超宽带技术的定义及实现方案

1.2.2 超宽带系统的特点

1.2.3 超宽带技术应用

1.2.4 超宽带技术研究现状

1.3 超宽带通信Rake接收技术的研究现状

1.4 本论文的意义和结构

第二章 超宽带系统模型

2.1 超宽带脉冲信号

2.2 脉冲UWB系统的典型调制方式

2.3 超宽带系统的多址方式

2.3.1 跳时多址

2.3.2 直扩码分多址

2.4 UWB信道模型

2.5 小结

第三章 超宽带Rake基本原理及关键技术

3.1 分集技术简介

3.2 超宽带系统中的Rake接收机技术

3.3 超宽带系统中的信道估计

3.3.1 信道估计简介

3.3.2 滑动窗口算法

3.4 小结

第四章 基于正交双模板的超宽带Rake接收机

4.1 正交双模板Rake接收机结构

4.1.1 正交双模板Rake接收机结构

4.1.2 系统的信道估计算法

4.2 正交双模板Rake接收机性能分析

4.2.1 系统模型

4.2.2 误码率性能分析

4.3 仿真结果

4.3.1 仿真环境

4.3.2 仿真分析

4.4 小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表成果

学位论文评阅及答辩情况表