超宽带RAKE接收机的研究

论文摘要

超宽带无线通信技术早在20世纪60年代就已经提出,超宽带无线通信具有高数据速率、高处理增益、强多径分辨能力、低发射功率等特点,其极低的发射功率可与现有的无线通信系统在相同频带共存,这些特点引起了人们的广泛关注和深入研究。近年来,超宽带无线通信技术已成为短距离、高速率无线通信的关键技术之一,为短距离无线通信提供了更好的应用前景。在传统无线通信系统中,信号带宽相对载波频率比较窄,单一路径上信道不存在频率依赖性。对于超宽带无线通信系统,由于信号相对带宽较宽（大于等于20%）,信号通过单一路径会产生频率依赖性,造成脉冲波形失真。基于电波绕射理论,本文分析了单一路径绕射传播的频率依赖性,推导给出了直角劈电波绕射的电场强度表达式,建立了频率依赖性信道模型。基于这一模型,分析了独立路径频率依赖因子对脉冲信号的影响,并给出了时频域的仿真结果。高速率的超宽带无线通信系统需要快速信号处理能力。快速同步技术是超宽带接收机需要解决的问题之一。在原有同步搜索算法的基础上,本文提出了基于多单元跳变的折半搜索算法,该算法与现有的线性搜索算法、随机搜索算法、折半搜索算法相比,降低了计算量,减少了同步搜索时间。针对多径效应,超宽带接收机通常采用RAKE技术。但是,传统RAKE接收机难以克服由单一路径频率依赖性造成的脉冲波形失真。针对这个问题,本文在传统RAKE接收机的基础上增加了均衡处理单元,提出均衡RAKE接收机（E-RAKE,Equalizing RakeReceiver）,给出E-RAKE接收机的算法原理及实现框图。E-RAKE接收机不仅保留了传统RAKE接收机分集合并的功能,而且还能够克服单一路径上的频率依赖性。仿真表明,E-RAKE接收机较传统RAKE接收机能够解决路径频率依赖性造成的脉冲波形失真问题,使接收系统的误比特率（BER）性能得到改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究课题意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 论文的内容安排
• 第2章 超宽带通信信号与调制方式
• 2.1 超宽带通信信号
• 2.1.1 高斯脉冲信号
• 2.1.2 Scholtz 单周期脉冲
• 2.1.3 其它脉冲信号
• 2.2 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 DS-UWB 调制
• 2.2.4 混合调制
• 2.2.5 数字脉冲间隔调制
• 2.2.6 载波干涉超宽带调制
• 2.2.7 多频带调制
• 2.3 本章小结
• 第3章 超宽带通信系统的信道模型
• 3.1 超宽带室内信道模型
• 3.1.1 路径损耗特性
• 3.1.2 室内多径信道的簇模型
• 3.2 超宽带室外信道模型
• 3.3 IEEE802.15.3a 模型
• 3.3.1 路径损耗信道模型
• 3.3.2 多径信道模型
• 3.4 频率依赖性多径信道模型
• 3.4.1 几何绕射理论（GTD）
• 3.4.2 直角劈绕射信道模型
• 3.4.2.1 空间中电磁波射线方向的场强计算
• 3.4.2.2 边缘绕射场的计算
• 3.4.2.3 直角劈的电波绕射信道模型
• 3.4.3 频率依赖性多径信道模型
• 3.4.4 仿真结果与分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 超宽带RAKE接收机
• 4.1 RAKE 接收机概述
• 4.1.1 宽带系统的RAKE 接收机
• 4.1.2 超宽带系统的RAKE接收机
• 4.2 模板信号
• 4.2.1 最优模板
• 4.2.2 次优模板
• 4.3 同步捕获方法
• 4.3.1 滑动相关方法
• 4.3.2 匹配滤波器方法
• 4.3.3 密集多径信道下的信号捕获方法
• 4.4 RAKE 接收机的合并准则
• 4.4.1 等增益合并（EGC）
• 4.4.2 最大比合并（MＲC）
• 4.4.3 选择合并（SC）
• 4.5 本章小结
• 第5章 超宽带E-RAKE 接收机
• 5.1 频率依赖性信道造成的脉冲波形失真
• 5.2 波形失真对系统性能的影响
• 5.3 波形失真处理
• 5.3.1 处理脉冲波形失真的原理
• 5.3.2 均衡滤波器参数估计
• 5.4 E-RAKE 接收机
• 5.4.1 接收机的结构
• 5.4.2 信号处理算法
• 5.4.3 仿真结果分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本研究取得的成果
• 6.2 本研究的不足
• 6.3 对下一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：攻读硕士学位期间的科研成果
• 个人简历