超宽带通信仿真平台研究与设计

论文摘要

超宽带（Ultra-Wideband UWB）无线通信是新兴的短距无线通信技术,与传统载波调制通信方式相比具有发射功率低、通信容量大、频带宽、抗多径干扰能力强、分辨率高、设备成本低等独特的优势。近几年学术界对超宽带通信技术研究的不断深入,超宽带通信技术的应用开发需要仿真测试平台,超宽带通信仿真平台为超宽带通信的仿真和应用研究提供了基础。以“非实时超宽带通信仿真平台”项目为背景,通过对超宽带冲激无线电（IR-UWB）体制信号产生控制、传输、接收、解调等理论进行的深入研究,提出一种超宽带通信仿真平台的设计方案。采用仿真平台控制器控制脉冲发生器生成TH-PPM/DS-BPSK制式的UWB信号,通过自制超宽带TEM喇叭收发天线传输、由存储示波器受控接收采集,再对信号进行软解调。其中仿真平台控制器利用S3C2410高处理性能完成信号合成,存储器实现数据和程序植入,LCD屏与触摸板用于人机交互,针对超宽带脉冲源器件外部ECL电平触发原理,设计了脉冲源接口电路用于TTL-ECL转换及其速率控制。在此硬件基础上进行了嵌入式Linux开发环境的构建,包括建立交叉开发环境,对Bootloader的分析和移植,完成Linux内核配置与移植并建立了文件系统,设计了脉冲源接口电路驱动和超宽带信号发送控制程序,为建立友好的图形用户界面,对Qtopia图形界面文件系统进行了移植并设计了基于Qt的图形界面。根据超宽带信号传输的需要制做了定向辐射能力强,-10dB（对应驻波比ρ＜2）阻抗带宽约为400MHz～5GHz的TEM喇叭天线。针对弱UWB信号解调问题,根据BPSK信号小信噪比下的a域包络特性,采用循环谱检测技术检测出信号载频、码元速率和幅度等信息,并使用自适应滤波器,应用LMS（最小均方误差自适应算法）滤除噪声,提高了平台的抗干扰性。对仿真平台进行的距离和通信干扰测试表明,平台在1.7m范围内通信正常,衰减小于34dB,并具备一定的抗干扰性。研发的超宽带通信仿真平台,采用了嵌入式控制技术简化了人工控制的难度,提高了平台可靠性,软解调采用的检测和滤波技术具备一定的抗干扰性。为超宽带通信系统在室内多径干扰下的研究和信号仿真测试提供了良好的实验平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 目的与意义
• 1.3 主要内容与章节安排
• 第二章 超宽带通信仿真平台总体方案设计
• 2.1 超宽带通信仿真平台总体方案
• 2.2 超宽带信号源与天线
• 2.3 仿真平台控制器
• 2.4 超宽带信号接收系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 超宽带信号源与天线
• 3.1 超宽带通信技术
• 3.2 超宽带信号源设计
• 3.3 超宽带天线设计
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真平台控制器设计
• 4.1 仿真平台控制器硬件设计
• 4.2 仿真平台控制器软件设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真平台信号接收系统设计
• 5.1 接收系统结构组成
• 5.2 信号存储与控制
• 5.3 信号处理
• 5.4 本章小结
• 第六章 仿真平台测试
• 6.1 仿真平台测试环境
• 6.2 性能测试与分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文