基于频谱感知的MB-OFDM UWB干扰回避机制的研究

论文摘要

随着各种便携式计算设备、通信设备、数据存储设备和多媒体处理设备的日益普及,如何在它们之间建立可靠、即时、便捷的互联成为日益迫切的需求。超宽带技术作为一种高速率、微功率、低成本的无线通信技术成为了新的研究热点之一。其中Wi-Media联盟提出的基于OFDM的MB-OFDM方案具有灵活的频谱配置,便于适应不同地区的频谱规范,得到了很多厂商的大力支持。但是由于超宽带占有的带宽很宽,与许多已经授权的窄带或宽带用户频谱相重叠,而造成了超宽带与现存网络之间的干扰,尤其是现存窄带系统对超宽带系统的干扰,很大程度上影响了超宽带的广泛应用。认知无线电技术是一种新的智能无线通信技术,频谱感知是认知无线电的关键技术。本文结合频谱感知算法,将能量感知算法应用到超宽带系统中,来检测已授权用户是否存在,并得到干扰图谱。在此基础上,结合MB-OFDM UWB系统的传统跳频方案,在不同的干扰程度情况下,提出了基于频谱感知方法的自适应跳频方案和子载波退避干扰回避机制,对其在典型超宽带信道环境中的性能进行了仿真分析。本论文完成的主要工作可以概括为以下几方面：1.结合认知无线电频谱感知方法,提出了基于能量检测方法的干扰图谱检测算法。该算法应用能量检测方法,在MB-OFDM UWB系统频带的子载波上,对同频段的窄带用户802.11a系统信号进行能量检测,得到各个子载波的判决值di,q。在MB-OFDM UWB系统中对传输信号的每个子频带,统计其128个子载波的能量检测判决值di，q，得到128长的二进制序列η1=[di,1,di,...,di,q,...,di,128]。根据两个系统信号带宽的数值关系,可知若存在一个802.11a信号干扰源,其带宽20MHz会影响MB-OFDM UWB系统信号的5个连续子载波,由此可进一步得到子频带干扰图谱检测算法,并得到子频带干扰图谱为长为3的二进制序列。2.针对MB-OFDM UWB系统的传统跳频方案,提出一种基于频谱感知方法的自适应跳频抗干扰算法。该算法是在基于认知无线电频谱感知方法基础上提出来的,它克服了MB-OFDM UWB系统传统跳频方案的“盲跳频”的不足,利用频谱感知方法检测802.11a授权用户是否存在,并根据所得到子频带干扰图谱生成跳频序列,避开干扰进行跳频,很大程度的改善系统性能。当干扰严重,而自适应跳频无法避开干扰时,在子载波干扰图谱的基础上,进一步采用子载波退避机制与自适应跳频相结合的方法以提高系统性能。3.对所提方案在典型超宽带信道中的性能进行了仿真分析,并与MB-OFDM UWB系统的传统跳频方法进行了对比。仿真结果表明：1)与传统MB-OFDM跳频相比,当γ=0时,与传统跳频方案相比,在误码率为10-3自应跳频可以取得3dB的信噪比增益。当γ值从0增大到0.9时,系统的误码率性能随之下降,表明基于频谱感知的跳频方案在三个子带在同一时间被干扰的情况下不能避免干扰,系统没有很强的鲁棒性。2)当γ≠0时,与传统跳频方案相比,基于子载波退避机制的MB-OFDM UWB系统在IEEE802.11a用户干扰情况下,误码率性能与无干扰状态下类似,有效地避免了窄带干扰。对于给定的γ值,尤其是γ值越大时,系统性能增益提高越明显,可以与无干扰时系统抗干扰性能相类似。例如,当γ=0.3时,相对于传统的跳频系统方案,本文所提出的子载波退避方案有4dB的信噪比增益,而当γ=0.9时,信噪比增益达7dB。所以,子载波退避机制是在提升MB-OFDM UWB系统抗干扰性能方面很有效。3)本文所提出的抗干扰方案在不同的信道环境中,如UWB典型信道模型CMl与CM3,具有鲁棒性。在这两种信道下,仿真曲线趋势一致,只是取得的信噪比增益数值上略有不同。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 超宽带的发展
• 1.1.1 超宽带的定义
• 1.1.2 超宽带的通信方式
• 1.1.3 超宽带的特点及挑战
• 1.2 窄带干扰抑制问题研究现状
• 1.3 本论文的研究方向
• 1.4 本文的研究意义和内容安排
• 1.4.1 本文的研究意义
• 1.4.2 本文的内容安排
• 第二章 MB-OFDM-UWB系统原理与模型
• 2.1 MB-OFDM UWB系统原理与模型
• 2.1.1 ECMA标准概述
• 2.1.2 物理层结构及相关参数
• 2.2 MB-OFDM-UWB系统模型
• 2.2.1 发射机
• 2.2.2 接收机
• 2.3 IEEE802.11a物理层协议
• 2.3.1 IEEE802.11a物理层规范
• 2.3.2 IEEE802.11a物理层模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 频谱感知技术在MB-OFDM UWB中的应用
• 3.1 频谱感知技术概述
• 3.1.1 认知无线电的概念
• 3.1.2 频谱感知技术
• 3.2 能量检测法
• 3.3 频谱感知在MB-OFDM UWB系统中的应用
• 3.4 基于频谱感知的干扰图谱检测
• 3.4.1 子载波干扰图谱检测
• 3.4.2 子带干扰图谱检测
• 3.5 仿真结果与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 MB-OFDM UWB系统干扰回避机制
• 4.1 MB-OFDM UWB跳频分析
• 4.2 基于频谱感知的MB-OFDM UWB跳频模型
• 4.3 MB-OFDM UWB系统干扰回避机制
• 4.3.1 自适应跳频方案
• 4.3.2 子载波退避机制
• 4.4 仿真结果分析与总结
• 4.4.1 仿真环境设置
• 4.4.2 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文
• 学位论文评阅及答辩情况表