超宽带认知无线电系统电磁干扰的研究

摘要

近年来，超宽带认知无线电作为一种新的频谱共享无线通信技术，已经成为当前研究的热点。超宽带无线通信系统需要以频谱衬垫的方式与现有窄带无线通信系统共存；而认知无线电系统则需要感知其所在的无线环境中存在频谱空洞然后择机占用之；由此所带来的电磁干扰问题显然是超宽带认知无线电研究的关键技术。本文选题来源于国家自然科学基金等项目，具有重要的理论意义和实际意义。
　　 本文在深入研究超宽带和认知无线电基本原理的基础上，重点探讨了超宽带认知无线电系统的电磁干扰问题，完成了以下具有创新性的研究成果：
　　 针对超宽带无线通信系统需要以频谱衬垫的方式与现有窄带无线通信系统共存的问题，提出了一种基于物理层模型的电磁干扰分析方法，并利用该方法分析了脉冲无线电和MB-OFDM等不同技术体制的超宽带系统对窄带无线通信系统的影响；根据窄带无线通信系统误码率和接收机灵敏度的要求，通过仿真得出了超宽带在某些窄带无线通信系统工作频段的发射功率限制理论参考值。与传统的基于干噪比的链路预算电磁干扰分析方法比较，本文的方法能够更有效地反映系统之间电磁干扰的实际情况，所得出的电磁兼容性分析结果更具说服力。
　　 针对超宽带认知无线电发射功率的限制以及干扰温度的数学模型，本文提出了一种超宽带认知无线电的自调整功率发射方案。并根据辐射亮度和干扰温度之间的关系，及干扰温度界限，计算出超宽带认知无线电自调整发射功率的动态限制，即动态构建了超宽带认知无线电的辐射模版。最后以超宽带认知无线电组成的室内无线个域网为例，给出了平面和空间两种认知场景，并对这两种认知场景进行仿真分析。
　　 针对脉冲体制超宽带认知无线电的窄带干扰抑制问题，利用变换域方法，提出了一种能够抑制窄带干扰的超宽带认知无线电脉冲的产生方法。首先修正了变换域通信系统，再根据超宽带频谱模板产生模板向量并使用模板向量替换尺度调整因子。利用多个修正的变换域通信系统感知无线电磁环境，进而产生了能够使用无线环境干扰自由谱的超宽带认知无线电脉冲。这种脉冲在不干扰主用户的同时也抑制了窄带干扰，并且适用任意的超宽带频谱模版。
　　 此外，针对上述超宽带认知无线电脉冲的频谱匹配指数不是最优，并且模板向量依赖于超宽带信号的调制方式等问题，提出了另一种采用压缩Chirp信号结合修正的变换域通信系统产生超宽带认知无线电脉冲的方法。利用修正的变换域通信系统生成一个自调整的凹陷滤波器，使用压缩Chirp信号产生满足超宽带频谱模板的脉冲信号，并通过凹陷滤波器，进而产生频谱匹配指数更优且尺度调整因子相对独立的超宽带认知无线电脉冲。
　　 论文最后对全文进行了总结，并对与论文研究方向相关的领域进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

基金项目

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 超宽带无线通信技术概述

1.2.1 超宽带概况和特点

1.2.2 超宽带的关键技术

1.3 认知无线电通信技术概述

1.3.1 认知无线电概况

1.3.2 认知无线电的关键技术

1.4 超宽带认知无线电的基本概念和关键技术

1.5 相关问题的国内外研究现状

1.6 本文的研究内容及主要成果

参考文献

第2章 超宽带对现有窄带无线通信系统的电磁干扰研究

2.1 引言

2.2 超宽带对现有窄带无线通信系统电磁干扰的传统分析方法

2.2.1 超宽带信道模型

2.2.2 超宽带的发射功率

2.2.3 超宽带对现有窄带无线通信系统的电磁干扰分析

2.3 基于物理层模型的电磁干扰分析方法

2.3.1 分析方法

2.3.2 超宽带系统物理层模型

2.4 超宽带对塔康系统的干扰分析

2.4.1 塔康系统物理层模型

2.4.2 仿真分析

2.5 超宽带的频谱规划研究

2.5.1 超宽带对其它窄带无线通信系统的电磁干扰分析结果

2.5.2 世界各国频谱模版比较

2.5.3 我国各个频段上现存的无线电业务

2.5.4 对我国超宽带频谱规划的建议

2.6 本章小结

参考文献

第3章 超宽带认知无线电的动态功率限制

3.1 引言

3.2 干扰温度模型和辐射亮度

3.2.1 干扰温度模型

3.2.2 辐射亮度的概念

3.3 系统模型和工作过程

3.3.1 系统模型

3.3.2 系统工作过程

3.4 超宽带认知无线电的功率限制

3.4.1 单个超宽带认知无线电设备

3.4.2 多个超宽带认知无线电设备

3.5 仿真分析

3.5.1 单个超宽带认知无线电设备

3.5.2 多个超宽带认知无线电设备

3.6 本章小结

参考文献

第4章 基于修正的TDCS的超宽带认知无线电脉冲设计

4.1 引言

4.2 变换域通信系统

4.2.1 变换域通信系统的发展概况和主要特点

4.2.2 变换域通信系统的基本原理

4.2.3 变换域通信系统的时域基函数

4.3 利用修正的TDCS产生超宽带认知无线电脉冲

4.3.1 超宽带认知无线电脉冲的形成原理

4.3.2 模板向量的确定

4.3.3 超宽带认知无线电脉冲的器件实现问题

4.4 仿真分析

4.4.1 超宽带认知无线电脉冲的波形分析

4.4.2 超宽带认知无线电的BER性能分析

4.5 本章小结

参考文献

第5章 基于压缩CHIRP信号和修正的TDCS的超宽带认知无线电脉冲设计

5.1 引言

5.2 压缩CHIRP脉冲

5.3 利用压缩CHIRP脉冲和修正的TDCS产生超宽带认知无线电脉冲

5.3.1 超宽带认知无线电脉冲的形成原理

5.3.2 满足UWB模板的组合压缩Chirp脉冲的选取

5.4 仿真分析

5.4.1 超宽带认知无线电脉冲的波形分析

5.4.2 超宽带认知无线电的BER性能分析

5.5 本章小结

参考文献

第6章 总结与展望

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录