超宽带无线通信抗干扰与共存性研究

论文摘要

超宽带无线通信作为无线通信领域的新兴技术，在近年来受到了越来越多的关注。基于冲激无线电技术的超宽带系统具有结构简单、成本低、处理增益高、功耗小、时间分辨率好等优点，使得这种新型的无线电技术在未来的中、短距离高速无线通信中扮演重要角色，具有十分广泛的应用前景。本文首先全面介绍了超宽带无线通信的发展历史和研究现状，分析了超宽带信号的特点，并列出了目前该领域仍有待解决的一些基本问题，指出了本文研究的内容。随后介绍了超宽带冲激无线电系统的基本调制方式和常用的信道模型。从理论上分析了超宽带跳时脉冲位置调制信号和跳时脉冲幅度调制信号在确定性多径信道的误码率性能。并指出在某些确定性多径信道条件下，对于脉冲位置调制信号，由于存在多径分量间的干扰，采用传统的接收机结构将导致不同数据符号的误码率存在不平衡现象。针对这种现象，我们提出了两种解决方法，一种是采用动态判决门限的方法，另一种是采用对称编码调制的方法。理论分析与仿真证明，这两种方法都能有效地消除多径环境中的误码率不平衡现象，比较而言，平衡编码方法具有实现的简单性以及在对信道变化、RAKE接收机信道估计以及合并方式的稳健性。分析了不同调制方式的超宽带信号的抗干扰性能。对于采用本地相关检测接收机结构的系统，分析了超宽带系统参数对抗干扰性能的影响，提出了增强超宽带信号抗干扰能力的系统参数选择方法。针对类似差分解调的发送参考系统，研究了在高斯白噪声信道下提高性能的方法；指出传统的发送参考的接收机结构不适合单频干扰存在时的信号解调，提出了改进发送参考系统接收机的结构来提高抗干扰性能的几种方法，包括对延迟相乘的结果进行加权、对参考脉冲进行多符号平均合并等，这些方法在低信噪比和强干扰信号存在的情况下能有效提高系统的抗干扰能力。从理论上给出了基于超宽带冲激无线电方式的常规调制信号的功率谱密度函数的一般性表达式，为超宽带信号的功率谱优化设计提供了理论基础，研究了系统参数对超宽带信号功率谱的影响。并在超宽带信号功率谱的基础上，考察了TD-SCDMA系统在超宽带干扰存在的情况下的带内干扰信号功率，并分析了在超宽带信号存在的情况下直接序列系统解调的误码率，指出了超宽带系统参数对直接序列系统性能的具体影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 本论文所用到的图形列表
• 主要数学符号及缩略词表
• 主要数学符号及缩略词表
• 第一章 绪论
• 1.1 超宽带无线电的发展和现状
• 1.1.1 超宽带无线电的发展
• 1.1.2 超宽带通信的现状
• 1.2 超宽带无线电特点
• 1.3 超宽带通信基础理论的研究现状及其有待解决的主要问题
• 1.3.1 超宽带信号的传播特性研究和信道建模
• 1.3.2 多径环境中超宽带无线电性能研究
• 1.3.3 超宽带系统抗干扰性能研究
• 1.3.4 超宽带信号与常规无线电信号共存性研究
• 1.4 本文的主要研究内容和贡献
• 1.5 论文结构及内容安排
• 第二章 基本调制方式和信道模型
• 2.1 引言
• 2.2 基本调制方式
• 2.2.1 脉冲位置调制
• 2.2.2 脉冲幅度调制
• 2.2.3 DS-UWB 调制
• 2.2.4 混合调制
• 2.2.5 TR-UWB 系统的调制方式
• 2.3 超宽带信道模型
• 2.3.1 路径损耗模型
• 2.3.2 多径到达时间的分布
• 2.3.3 多径幅度及能量的分布
• 2.3.4 超宽带信道的时变性
• 2.3.5 超宽带信道的具体参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 超宽带无线电在多径环境下的性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 BPM 调制信号在多径环境性能
• 3.3 PPM 调制信号在多径环境性能
• 3.3.1 选择性合并
• 3.3.2 最大比合并
• 3.4 BPM 和 PPM 的仿真结果
• 3.5 PPM 调制系统的误码率不平衡现象及消除方法
• 3.5.1 动态设定判决门限
• 3.5.2 对称编码调制
• 3.6 本章小结
• 第四章 超宽带无线电抗干扰性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 传统超宽带系统在单频干扰下的性能分析
• 4.2.1 TH-PPM 信号在单频干扰下的误码率
• 4.2.2 TH-PAM 在单频干扰下的误码率
• 4.2.3 DS-UWB 调制信号抗干扰分析
• 4.2.4 提高抗单频干扰能力的超宽带通信系统参数选择方法
• 4.2.5 性能仿真
• 4.3 TH-PPM 在阻塞噪声干扰下的性能分析
• 4.4 TH-PPM 在部分频带噪声干扰下的性能分析
• 4.4.1 误码率分析
• 4.4.2 性能仿真
• 4.5 TR-UWB 在 AWGN 信道的噪声消除
• 4.5.2 传统的 TR 接收机
• 4.5.3 MRC 合并接收机
• 4.5.4 MMSE 接收机
• 4.5.5 多符号平均合并方法
• 4.5.6 观察窗口对系统性能的影响
• 4.6 TR 系统在单频干扰下的性能研究
• 4.6.1 在单频干扰存在时的 TR 接收机结构优化
• 4.6.2 多符号平均合并的干扰除方法
• 4.6.3 加权干扰消除法
• 4.7 TR 系统在窄带干扰下的性能研究
• 4.7.1 加权合并
• 4.7.2 多符号平均合并方式
• 4.8 TR 系统的仿真结果
• 4.8.1 仿真平台及仿真系统指标
• 4.8.2 TR 接收机在 AWGN 信道的仿真结果
• 4.8.3 TR 接收机在单频干扰时的仿真结果
• 4.8.4 TR 接收机在窄带干扰的仿真结果
• 4.9 本章小结
• 第五章 超宽带无线电共存性研究
• 5.1 引言
• 5.2 超宽带多用户累积信号模型
• 5.3 功率谱密度分析
• 5.3.1 采用周期序列的多用户累积信号的功率谱密度
• 5.3.2 采用随机序列的多用户累积信号的功率谱密度
• 5.3.3 采用混合序列的多用户累积信号的功率谱密度
• 5.3.4 对超宽带信号功率谱的讨论
• 5.4 超宽带信号与 TD SCDMA 系统的共存
• h 的影响'>5.4.1 带内干扰功率受不同 N_h的影响
• c 的影响'>5.4.2 带内干扰功率受不同 t_c的影响
• 5.4.3 带内干扰功率受不同发送方式的影响
• 5.4.4 带内干扰功率受不同调制方式的影响
• 5.4.5 带内干扰功率受不同用户数的影响
• 5.5 超宽带累积信号对传统直接序列扩频系统的影响
• 5.5.1 TH-PPM 调制的单用户信号对 DSSS 系统误码率影响
• 5.5.2 超宽带冲激无线电 TH-BPM 信号对 DSSS 系统的干扰分析
• 5.5.3 误码率仿真
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 本文贡献
• 6.2 下一步工作的建议和未来研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 本文作者已发表、录用和在审的文章
• 本文作者在攻读博士学位期间参加的科研项目