传输参考超宽带系统中的接收机优化设计与性能研究

摘要

超宽带是一种新兴的短距离无线通信技术，它通过发射极短的脉冲信号传输数据，具有成本低廉、功耗较小，电路实现简单，抗多径能力强等诸多优点。超宽带可与现有的无线通信系统共享频谱，因此在频谱资源日益紧张的今天，超宽带技术逐渐成为无线通信领域研究与开发的热点。目前，超宽带无线电被视为下一代无线通信的关键技术之一，并将成为人类实现未来短程高速无线通信的理想选择。由于室内环境具有复杂的散射特性，超宽带无线信道通常含有数百条多径。传统的超宽带系统采用RAKE接收技术收集多径能量。但RAKE接收要达到较好的检测性能，就必须进行精确的信道估计，搜索出每个耙指的纳秒级精确时延和增益系数，这是非常困难的。此外，RAKE接收所需要的大量延迟分支将使接收机的复杂度急剧增加，成本昂贵。与RAKE接收相比，传输参考（TR）超宽带技术避免了复杂的信道估计，降低了对同步的要求，并对信道引起的脉冲形变具有鲁棒性，因此传输参考超宽带受到人们越来越多的关注。 本文在介绍了超宽带背景知识之后，对超宽带系统的若干关键技术进行了归纳，并详细、重点地对TR-UWB技术进行了分析和总结。通过对已存在的各种接收检测算法的研究与分析，发现TR-UWB系统中，特别是考虑到信息传输速率和脉冲间干扰（IPI）时，最大的挑战就是设计出低复杂度而又具有高性能的接收检测算法。为此本文创新性地提出一种m序列编码的TR-UWB系统。通过调用m序列编码，TR系统中的参考脉冲和数据脉冲可以连续发送。这种连续发送脉冲的帧结构，不仅可以大大的提高系统的速率，而且还可以有效地消除脉冲间的IPI。在接收端，我们利用m序列的循环相加移位特性（CAP），采用一个延迟线和相关器即可实现信息检测，使系统的设备复杂度降低至最小。特别需要指出的是，传统的TR系统和现有的许多方案中均需要较长的延迟线，这在实际工程中很难实现，而本文所提的TR系统只需要很短的延迟线，这解决了TR系统在实现方面的一个主要难题。随后，本文详细分析推导出系统检测性能，并给出了二进制系统在UWB密集多径信道下的闭式解。理论分析和系统仿真均有力的证明，本文提出的m序列编码的TR系统较其他的TR系统有更高的传输信息速率和接收检测性能。本文在继承上一方法优点的同时，为获得更好的误比特率，又提出一种改进的接收检测算法。通过充分利用信号独特的帧结构和m序列码字之间的近似正交性，直接从接收到的信号中构建出干净的解调模板。构造模板的过程不仅消除了脉冲间干扰，同时也有效地降低了模板中的噪声。在略微增加设备复杂度的条件下，进一步提高了系统的检测性能和系统效率。仿真和分析都充分证明了系统的可行性和优良的性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

1.1 UWB技术简介及国内外研究现状

1.1.1 UWB技术的历史背景

1.1.2 UWB技术的主要研究体制

1.1.3 UWB技术的国内外发展研究现状

1.2 UWB技术的优点及应用前景

1.2.1 UWB技术的优点

1.2.2 UWB技术的应用前景

1.3论文的研究价值及主要安排

1.3.1论文的研究价值

1.3.2论文的主要安排

第二章 UWB通信系统关键技术

2.1脉冲波形设计

2.1.1典型高斯脉冲波形

2.1.2其他脉冲波形设计

2.2脉冲调制方式

2.2.1脉冲调制方式概述

2.2.2基本的脉冲调制技术

2.3 UWB信道模型

2.3.1 Saleh-Valenzuela模型(S-V)

2.3.2 IEEE 802.15.3a信道模型

2.4 UWB接收检测

2.4.1 UWB RAKE接收机

2.4.2 UWB自相关接收机

第三章 TR-UWB通信系统

3.1传统TR-UWB系统模型与基本原理

3.2传统TR-UWB系统性能分析

3.3传统TR-UWB系统缺陷及现有改进方案简介

第四章 m序列编码的TR-UWB通信系统

4.1研究背景和研究目的

4.2信号模型

4.3接收方案

4.4系统性能分析

4.5仿真实验

4.6本章小结

第五章 改进的m序列编码的TR-UWB系统

5.1信号模型

5.2改进的接收方案

5.3仿真结果及分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1研究工作总结

6.2后续工作展望

参考文献

附录：缩写说明

致 谢

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