脉冲超宽带信号能量收集及捕获研究

论文摘要

随着互联网、多媒体和无线通信技术的发展,人们对实现高速率、高质量无线多媒体业务的需求越来越迫切。超宽带（Ultra-Wide Bandwidth,UWB）通信技术以保密性高、耗电低、抗多径衰落能力强、有利于多功能一体化、系统复杂性和成本低等优点成为中短距离高速数据应用领域无线个人网（Wireless Personal Area Network, WPAN）最有力的候选技术。随着移动通信业务的发展,人们需要在诸如办公室、商务楼、超市、住宅或体育设施等场所内进行高速、大容量的语音和数据传输,室内通信质量受到越来越多的关注。室内UWB无线通信系统信道环境远比室外无线通信和基于连续波的传统窄带或宽带无线通信信道环境复杂,体现在信道的冲击响应具有大量的多径扩展,这一特点给接收机设计带来了很大的困难。本文结合室内无线信道的基本特征,研究接收机设计的两个最基本问题,即能量的收集和信号的捕获,研究并初步解决如何有效的收集并利用能量（天线后的多径信号能量）以及有效的完成信号的捕获,建立UWB系统在多径信道模型下能量收集和捕获同步的理论分析框架,客观的评估能量收集和捕获同步在UWB信道下的性能。论文研究的内容包括:第一,调制方式简介。和传统的无线通信系统不同,IR-UWB（Impulse Radio, IR）系统采用窄脉冲体制,不需要载波调制,因此接收机端可以省去锁相环等环节,系统复杂性和成本低正由此而来。接收端的信号为调制信号和信道的冲击响应卷积后加上多用户干扰和窄带干扰及其加性白高斯噪声组成,为了后续系统分析的方便,有必要对调制方式进行简单的描述及分析。调制方式简介为后续分析提供了理论基础。第二,低速UWB系统能量收集研究。在低速率情况下,对于单脉冲调制而言不存在内部符号干扰,对于多脉冲调制而言不存在内部符号干扰（Internal Symbol Interference, ISI）和内部帧干扰（Internal Frame Interference , IFI）。根据SV/IEEE802.15.3a模型的特点,推导了几种调制方式下ARAKE（All RAKE）接收机性能的闭合表达式,ARAKE接收作为低速率UWB系统BER（Bit Error Rate）性能的上界。继而分析了几种次最优接收机如PRAKE（Partial RAKE）、SRAKE（Selective RAKE）和部分窗口能量收集方法。建立了次最优接收半理论分析和仿真相结合的评估方法。次最优接收能够达到可接收的BER性能却降低了实现复杂度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超宽带无线通信技术
• 1.2 UWB 接收系统
• 1.2.1 UWB 室内无线信道基本特征
• 1.2.2 UWB 接收机的特殊性
• 1.3 课题研究的意义、来源及目的
• 1.4 UWB 能量收集研究现状分析
• 1.4.1 低速UWB 系统能量收集研究现状
• 1.4.2 高速UWB 系统能量收集及其干扰消除研究现状
• 1.5 UWB 信号捕获研究现状分析
• 1.6 学位论文的主要研究内容和结构
• 第2章 UWB 调制技术简介
• 2.1 引言
• 2.2 无多径AWGN 信道
• 2.3 二进制调制
• 2.3.1 二进制PPM 调制
• 2.3.2 二进制PAM 调制
• 2.3.3 2-TR 调制
• 2.4 多进制调制
• 2.4.1 M-PPM 调制
• 2.4.2 M-PAM 调制
• 2.4.3 PPAM 调制
• 2.5 M-BOK 调制
• 2.6 本章小结
• 第3章 低速UWB 系统能量收集研究
• 3.1 引言
• 3.2 UWB 信道模型
• 3.2.1 随机抽头延迟线信道模型
• 3.2.2 SV/IEEE802.15.3a 信道模型
• 3.3 ARAKE 接收机性能分析
• 3.3.1 BPSK 调制ARAKE 接收性能分析
• 3.3.2 PPM 调制ARAKE 接收性能分析
• 3.3.3 PPAM 调制ARAKE 接收性能分析
• 3.4 PRAKE 接收和SRAKE 接收性能分析
• 3.5 不同扩展带宽下RAKE 接收性能分析
• 3.6 部分窗口能量收集
• 3.7 TR-DS-UWB 自相关接收机性能分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 高速UWB 系统能量收集及其干扰消除研究
• 4.1 引言
• 4.2 单脉冲能量收集及其干扰消除研究
• 4.2.1 仅能量收集系统所获得的BER 性能
• 4.2.2 能量收集MLSE 均衡BER 性能分析
• 4.2.3 能量收集MMSE 均衡BER 性能分析
• 4.3 DS-UWB 能量收集及其干扰消除研究
• 4.3.1 DS-UWB 系统等效信号接收模型
• 4.3.2 自适应模板均衡算法
• 4.4 TR-DS-UWB 能量收集及其干扰消除研究
• 4.4.1 TR-DS-UWB 系统等效信号接收模型
• 4.4.2 TR-DS-UWB 系统均衡BER 性能分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 UWB 信号捕获
• 5.1 引言
• 5.2 多用户环境下DS-UWB 信号捕获性能分析
• 5.2.1 单驻留捕获时间性能分析
• 5.2.2 单用户下检测概率和虚警概率的评估
• 5.2.3 多用户下检测概率和虚警概率的评估
• 5.2.4 数值和仿真结果
• 5.3 多径信道下DS-UWB 信号串行搜索性能分析
• 5.3.1 UWB 捕获空间的命中集
• 5.3.2 等增益组合搜索下的检测概率和虚警概率
• 5.3.3 串行搜索平均检测时间分析
• 5.3.4 数值结果
• 5.4 DS-UWB 信号的二阶快速搜索
• 5.4.1 二阶搜索策略下的检测概率和虚警概率
• 5.4.2 二阶搜索策略下的平均检测时间分析
• 5.4.3 数值结果
• 5.5 基于估计的DS-UWB 信号的快速捕获
• 5.5.1 一阶估计快速捕获
• 5.5.2 二阶估计快速捕获
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1
• 攻读博士学位期间所发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历