衰落信道下差分脉冲位置调制超宽带无线通信系统的性能和容量分析

论文摘要

超宽带（UWB, Ultra-Wide Band）无线通信系统辐射的频谱主要由两方面决定:一是脉冲信号波形,UWB系统采用的脉冲波形有很多种,可根据频谱特性的需要对其进行选择;二是它的调制方式,UWB系统常用的调制方式主要有开关键控（OOK）、脉冲幅度调制（PAM）、移相键控调制（PSK）和脉冲位置调制（PPM）等。本课题的研究目的在于,通过对一种新型调制技术—差分脉冲位置调制（DPPM）的研究,寻找出能够改善UWB无线通信系统的性能和容量的方法。论文首先对超宽带无线通信技术的发展进行了回顾与展望,展示了目前UWB在实际应用方面的成果,并简要概述了UWB无线通信系统的几个关键技术。论文的核心部分,是对差分脉冲位置调制（DPPM）技术进行研究与分析,作为对脉冲位置调制（PPM）技术进行改进和改良的一种新兴调制方案,DPPM调制技术在功率、带宽需求、性能和传输容量等方面,比PPM调制具有明显的优势,因此,研究DPPM调制技术对提高UWB系统的传输性能具有十分重要的意义。另外,实践证明,在实验室加性高斯白噪声（AWGN）环境下系统的性能与实际传输环境下的性能之间有明显的差距,而Nakagami-m衰落信道模型非常适合模拟实际的UWB无线室内传输信道,因此,在对UWB无线传输技术进行研究时,我们重点对Nakagami-m信道模下DPPM的性能进行分析。在该部分,我们首先给出UWB信号采用DPPM调制后的信号模型以及Nakagami-m衰落信道的信道模型,然后推导其在加性高斯白噪声（AWGN）信道和Nakagami-m衰落信道中的误码率和容量公式,最后通过蒙特卡罗模拟的方法对推导结果进行仿真,并分别分析信道容量和错误概率与信噪比（SNR）之间的关系。这些研究结果将为UWB无线通信系统的数据传输速率的设计提供必要的理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 UWB 无线通信技术发展史
• 1.2 UWB 无线通信技术概述
• 1.3 UWB 的频谱规划
• 1.3.1 美国FCC 的UWB 频谱规范
• 1.3.2 中国的UWB 频谱规划
• 1.4 UWB 的标准化进程
• 1.5 UWB 在实际应用方面的成果
• 1.6 UWB 无线通信技术的应用方向和发展前景
• 2 UWB 无线通信系统的关键技术
• 2.1 UWB 系统脉冲设计
• 2.1.1 UWB 系统脉冲
• 2.1.2 UWB 系统脉冲优化设计
• 2.2 UWB 无线通信系统信道模型
• 2.2.1 修正的S-V 室内信道模型
• 2.2.2 Nakagami-m 信道模型
• 2.3 UWB 无线接收技术
• 3 DPPM 调制 UWB 系统的性能分析
• 3.1 UWB 系统常用的几种调制方式
• 3.2 DPPM 调制的信号模型
• 3.3 单用户M 元DPPM 调制UWB 系统的性能分析
• 3.3.1 DPPM UWB 系统在AWGN 信道中的性能
• 3.3.2 DPPM UWB 系统Nakagami-m 衰落信道中的性能
• 3.3.3 M 元DPPM 的帧错误概率上限
• 3.4 多用户M 元DPPM 调制UWB 系统的性能分析
• 3.4.1 DPPM UWB 系统在AWGN 信道中的多址接收错误概率
• 3.4.2 Nakagami-m 信道中多址接收DPPM UWB 系统的性能
• 3.5 小结
• 4 DPPM 调制 UWB 系统的容量分析
• 4.1 单用户M 元DPPM 调制UWB 系统的容量分析
• 4.1.1 DPPM UWB 系统在AWGN 信道中的容量
• 4.1.2 DPPM UWB 系统调制在 Nakagami-m 信道中的容量
• 4.1.3 符合FCC 第15 条款规定的DPPM UWB 系统容量
• 4.2 多用户M 元DPPM 调制UWB 系统的容量分析
• 4.2.1 多用户DPPM UWB 系统在AWGN 信道中的容量
• 4.2.2 多用户DPPM UWB 系统在Nakagami-m 信道中的容量
• 4.3 小结
• 5 总结
• 参考文献
• 附录A 缩略语
• 附录B 蒙特卡罗方法简介
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文
• 参与的科研项目