超宽带系统新调制方式及RAKE接收机研究

论文摘要

超宽带（UWB）技术近年来在国内外受到了显著的重视,它以设备结构简单、功耗低、处理增益高、传输速率高、隐蔽性能好和多径分辨能力强等优点,在通信领域具有广泛的应用前景。超宽带脉冲无线通信是对无线频谱资源的利用进行的新探索,它以纳秒级的窄脉冲获得了GHz级的频谱带宽,对无线通信技术是一个强有力的支持。本文分析了超宽带无线通信技术的理论基础,阐述了超宽带技术在无线通信领域的发展、应用、标准和研究现状;介绍了本文所用到的高斯脉冲波形;研究了超宽带系统常用的多址技术,分析了跳时扩频技术的重要性和必要性;介绍了超宽带常用的基本调制技术和新式调制方式,总结了多种超宽带脉冲调制的信号结构;研究了IEEE 802.15.3a室内信道模型的路径损耗模型和多径模型;介绍了RAKE接收机的基本原理和一般结构模型。针对跳时双正交脉冲位置调制（TH-BPPM）和跳时脉冲位置幅度混合调制（TH-PPAM）的超宽带系统,分别从单用户和多用户两种情况考虑,推导了TH-BPPM UWB系统在加性高斯白噪声（AWGN）信道下的误码率和容量公式,并且将其延伸至TH-PPAM UWB系统中,得到了TH-PPAM UWB系统的误码率和容量公式,分别对两种系统的两种情况的误码率性能和容量做了仿真分析;并对两种系统的通信距离与容量的关系进行了仿真。根据仿真结果可以得到,多进制调制进制指数、信噪比、距离和用户数都会影响信道的误码率性能和容量。最后分析了单用户TH-BPPM UWB系统和TH-PPAM UWB系统采用RAKE接收机在IEEE 802.15.3a信道下的应用。分别用全RAKE（ARake）、部分RAKE（PRake）和选择RAKE（SRake）三种接收技术对TH-BPPM和TH-PPAM的接收性能进行了仿真分析。由仿真结果可以看出,在CM1信道下传播的TH-PPAM UWB系统的接收性能比其它信道都好;采用SRake接收机的接收性能优于采用PRake接收机,而且相关器叉指（finger）越多,接收性能越接近于ARake接收机。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 超宽带概述
• 1.1.1 超宽带的定义
• 1.1.2 超宽带的发展
• 1.2 超宽带技术的特点及研究现状
• 1.2.1 超宽带的特点
• 1.2.2 超宽带技术的主要应用
• 1.2.3 超宽带的关键技术
• 1.2.4 超宽带技术的规范与标准化工作
• 1.2.5 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 超宽带的多址技术和调制方式
• 2.1 超宽带多址技术
• 2.2 基本调制方式
• 2.2.1 脉冲位置调制（PPM）
• 2.2.2 脉冲幅度调制（PAM）
• 2.2.3 二进制相位调制（BPSK）
• 2.3 新式调制方式
• 2.3.1 双正交脉冲位置调制（BPPM）[16]
• 2.3.2 脉冲位置混合幅度调制（PPAM）[17]
• 2.3.3 非正交脉冲位置调制（NPPM）[26]
• 2.4 本章小结
• 3 超宽带信道模型及 RAKE 接收机
• 3.1 IEEE 802.15.3a 室内信道模型
• 3.1.1 路径损耗模型
• 3.1.2 多径模型
• 3.2 RAKE 接收机
• 3.2.1 RAKE 接收机的特点
• 3.2.2 RAKE 接收机的基本原理
• 3.3 本章小结
• 4 新调制方式的性能及容量研究
• 4.1 TH-BPPM UWB 系统性能及容量分析
• 4.1.1 单用户情况下TH-BPPM UWB 系统的性能及容量分析
• 4.1.1.1 N-ary TH-BPPM UWB 系统在AWGN 信道下的误码率分析
• 4.1.1.2 N-ary TH-BPPM UWB 系统在AWGN 信道下的容量分析
• 4.1.2 多用户情况下TH-BPPM UWB 系统的性能及容量分析
• 4.1.2.1 多用户系统模型
• 4.1.2.2 多用户情况下TH-BPPM UWB 系统的误码率分析
• 4.1.2.3 多用户情况下TH-BPPM UWB 系统的容量分析
• 4.2 TH-PPAM UWB 系统性能及容量分析
• 4.2.1 单用户情况下TH-PPAM UWB 系统的性能及容量分析
• 4.2.1.1 MN-ary PPAM UWB 系统在AWGN 信道下的误码率分析
• 4.2.1.2 正交多进制TH-PPAM UWB 系统的容量分析
• 4.2.2 多用户情况下TH-PPAM UWB 系统的性能与容量分析
• 4.3 本章小结
• 5 RAKE 接收机在超宽带新式调制系统中的应用
• 5.1 RAKE 接收机的合并及多径选择方式
• 5.1.1 RAKE 接收机的合并方式
• 5.1.2 RAKE 接收机的多径选择方式
• 5.2 TH-BPPM 和TH-PPAM UWB 系统采用RAKE 接收机的性能分析
• 5.2.1 BPPM 在IEEE 802.15.3a 信道下用RAKE 接收机的性能分析
• 5.2.2 PPAM 在IEEE 802.15.3a 信道下用RAKE 接收机的性能分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文