高速PPM-UWB通信系统基带收发信机研究与设计

论文摘要

超宽带无线通信（Ultra-Wideband）凭借其极高的数据传输速率、较少的功率消耗和强大的抗多径干扰等优点,已成为当今短距离无线通信领域研究和开发的一个热点。其中超宽带接收技术是实现超宽带通信的难点,本论文重点研究了高速PPM-UWB通信系统的PPM-UWB信号产生与接收处理以及基带成帧链路中信道卷积编译码、交织解交织、编帧解帧算法的设计,并进行了相应的实验验证。本论文首先阐述了超宽带通信技术的基本概念、特点、发展过程、研究现状和发展趋势,然后介绍了超宽带通信系统的组成结构。在此基础上,设计了PPM-UWB信号产生的电路。同时,针对室内多径信道和PPM-UWB信号的特点,介绍一种可由基带电路灵活控制的双路积分检测接收机模型,通过上支路串行捕获的方式来实现高速UWB调制信号的接收检测与信号处理,从而实现了接收射频电路和基带数字处理电路的巧妙结合,简化了接收机的设计,提高了捕获性能;系统基带电路通过VHDL建模与设计,在FPGA中实现芯片化,形成一种可用于UWB通信的专用处理芯片。最后,通过建立传码率为100Mbps的PPM-UWB通信系统,进行室内短距离UWB信号捕获同步测试与基带成帧系统信号收发测试,验证了系统设计方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 UWB通信技术的发展过程
• 1.2 论文研究课题的主要工作
• 1.3 论文的结构安排
• 第二章 UWB通信系统概述
• 2.1 UWB通信基本原理
• 2.2 UWB通信的信道特性
• 2.3 UWB通信的关键技术
• 2.4 UWB无线通信系统的性能
• 2.4.1 处理增益
• 2.4.2 多径干扰问题
• 2.5 高速UWB无线通信系统的实现方案
• 2.6 本章小结
• 第三章 高速PPM-UWB通信系统基带信号产生与同步接收技术研究
• 3.1 高速UWB通信系统PPM调制器的建模与设计
• 3.2 基于负阻效应可控UWB信号的产生器
• 3.2.1 系统UWB信号的选取与设计思想
• 3.2.2 实际电路的设计及其仿真
• 3.3 高速PPM-UWB通信系统的接收机结构及捕获同步算法设计
• 3.3.1 基于可控射频积分检测器的接收机结构设计
• 3.3.2 串行捕获同步算法
• 3.3.3 捕获性能分析
• 3.4 基带捕获同步数字处理电路
• 3.4.1 基带捕获同步电路工作流程图
• 3.4.2 捕获电路的建模与设计
• 3.4.3 门控脉冲产生单元的设计
• 3.4.4 同步解调单元
• 3.4.5 捕获复位单元
• 3.4.6 综合电路顶层设计与仿真波形图
• 3.5 本章小结
• 第四章 高速UWB通信系统基带成帧链路的设计与实现
• 4.1 整机测试系统设计结构
• 4.2 信道卷积编译码的设计与实现
• 4.2.1 卷积编译码基本原理
• 4.2.2 卷积编码器的设计
• 4.2.3 维特比译码算法的实现
• 4.2.4 译码器的纠错性能分析
• 4.3 交织解交织器的设计与实现
• 4.3.1 交织器设计模型
• 4.3.2 交织解交织器的具体设计
• 4.3.3 交织解交织器的设计验证
• 4.4 串行编帧解帧算法的设计与实现
• 4.4.1 基带数据帧结构
• 4.4.2 串行编帧器的设计
• 4.4.3 串行解帧器的设计
• 4.4.4 编帧解帧系统设计验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统硬件电路的测试结果
• 5.1 FPGA芯片的选择及其结构
• 5.2 基带FPGA开发板
• 5.2.1 FPGA开发板的电路组成
• 5.3 目标FPGA芯片接口引脚定义
• 5.4 系统实验与测试
• 5.4.1 实验测试系统的组成结构
• 5.4.2 系统的实测结果
• 5.4.3 系统测试总结
• 第六章 全文总结及未来工作方向
• 6.1 全文总结
• 6.2 对下一步工作的建议以及未来的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果
• 附录