天线辐射波形畸变对UWB通信系统性能的影响研究

论文摘要

超宽带（Ultra-wideband，UWB）通信是当前短距离无线通信领域中一种颇具应用潜力的新技术。超宽带通信系统的性能受到多种因素的影响。超宽带电磁脉冲在辐射过程中不可避免地存在波形方向性畸变，这无疑是影响系统性能的一个因素。本文主要研究这种波形方向性畸变对主流超宽带通信系统性能的影响。研究结果可以为UWB通信系统、UWB通信天线的设计提供一定的理论参考。在介绍UWB通信系统原理和UWB通信天线的脉冲辐射特性的基础上，本文以口径天线为例，研究了在不同分布口径场激励下的方向性波形畸变对DS-UWB通信系统性能的影响，并探讨了如何针对这种影响合理选择接收机模板信号。最后，分析比较了波形方向性畸变对三种典型UWB通信系统，即IR-UWB、DS-UWB和MB-OFDM性能的影响。分析与仿真结果表明，对于全向性能较好的天线，辐射波形的方向性畸变不明显。而对于方向性较好的天线，波形的方向性畸变比较明显。对DS-UWB信号，偏离辐射口径主辐射方向一定角度的辐射波形会增加一个过零点，即除了波形展宽和幅度变化，还出现波形形状上的改变。总体来说DS-UWB和MB-OFDM波形在辐射中的方向性畸变程度要小于IR-UWB波形的方向性畸变。在信噪比一定的信道中，采用辐射口径主辐射方向上的辐射波形作为接收模板，DS-UWB可以实现可靠传输。在噪声功率谱一定的信道中，IR-UWB使用与发射口径中心偏离35度左右方向上的辐射波形作为模板，系统平均误码率最低。但是对于DS-UWB，使用偏离辐射口径主辐射方向较大角度上的辐射波形作为模板，也可获得较低的系统误码率。对于MB-OFDM，由于不采用相关接收，而是使用OFDM技术的本地载波射频调制和解调，几乎不受波形方向性畸变的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 超宽带技术概述
• 1.1.1 超宽带技术的发展历史
• 1.1.2 超宽带的定义
• 1.1.3 超宽带技术的应用
• 1.2 超宽带通信标准
• 1.2.1 IR-UWB
• 1.2.2 DS-UWB
• 1.2.3 MB-OFDM
• 1.2.4 DS-UWB与MB-OFDM标准的比较
• 1.3 超宽带通信的特点与挑战
• 1.3.1 超宽带通信的特点
• 1.3.2 关键技术及挑战
• 1.4 超宽带通信天线辐射波形畸变的影响研究
• 1.5 本论文的主要内容与结构
• 第二章 超宽带通信的三种方案
• 2.1 脉冲无线电
• 2.1.1 IR-UWB原理
• 2.1.2 PPM-TH调制
• 2.1.3 IR-UWB系统模型
• 2.2 直接序列超宽带
• 2.2.1 DS-PPM
• 2.2.2 DS-BPSK
• 2.2.3 M-BOK
• 2.2.4 DS-UWB系统模型
• 2.2.5 DS-UWB与CDMA的比较
• 2.3 多子带-正交频分复用
• 2.3.1 OFDM原理
• 2.3.2 OFDM的保护间隔和循环前缀
• 2.3.3 OFDM的特点
• 2.3.4 MB-OFDM
• 2.4 三种超宽带通信方案的比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 超宽带天线
• 3.1 超宽带天线的形式与特点
• 3.2 超宽带天线的辐射与接收
• 3.3 口径天线辐射场计算
• 3.4 口径天线辐射场特性
• 3.5 本章小结
• 第四章 方向性波形畸变对DS-UWB性能的影响
• 4.1 口径辐射场的数学模型
• 4.2 方向性波形畸变及误码率
• 4.2.1 口径切向电场满足均匀分布
• 4.2.2 口径切向电场满足线性分布
• 4.2.3 口径切向电场满足高斯分布
• 4.3 模板信号的选择
• 4.4 本章小结
• 第五章 方向性波形畸变对三类UWB通信系统的影响比较
• 5.1 方向性波形畸变对MB-OFDM性能的影响
• 5.1.1 OFDM符号
• 5.1.2 方向性波形畸变及其影响
• 5.2 方向性波形畸变对IR-UWB性能的影响
• 5.2.1 方向性波形畸变
• 5.2.2 方向性波形畸变对IR-UWB性能的影响
• 5.3 方向性波形畸变对三种UWB通信系统的影响比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文