超宽带脉冲设计与15米到25米超宽带信道模型研究

论文摘要

近年来，超宽带无线技术成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。针对超宽带的应用，FCC（Federal Commuication Commision）提出了对UWB（Ultra-wideband）信号的辐射掩蔽要求，在设计波形的时候必须加以考虑。目前提出了许多方法，比如基于载波调制的成形技术、Hermite脉冲成形技术和高斯脉冲成形技术等。但是这些技术只是在3.1Ghz到10.6GHz范围内较好的利用了辐射掩蔽，对于3.1GHz以下的低频段辐射掩蔽利用却不是很好。另外，对于超宽带信道模型，比较有名的是△-K模型、Salen-Valenzula模型和Intel提出的多径信道参考模型。但这些模型大多根据传输距离在10米以下给出的实验数据分析得到信道参数。对于更远距离信道的参数特性并未给出分析。作者的主要工作如下：（1）提出了基于小波函数和遗传算法的脉冲设计方法。将小波函数运用到脉冲波形设计中，并且提出利用多个脉冲函数组合的方法来设计脉冲波形，更加充分利用辐射掩蔽特性。同时，将遗传算法融入到设计过程中，使计算结果能够收敛达到最优解。（2）将基于小波函数和遗传算法的脉冲设计方法、UWB正交脉冲设计、高斯脉冲和Hermite脉冲成形技术等进行了比较分析。高斯函数及其高阶导函数和Hermite脉冲等单一波形函数只在3.1GHz到10.6GHz充分利用了辐射掩蔽。UWB正交脉冲设计能使波形有正交性，但是频谱利用率不够。本文的方法能够更加充分的利用辐射掩蔽，不仅在3.1GHz到10.6GHz而且在3.1GHz以下也充分利用辐射掩蔽。且本波形在2GHz附近有较大的功率衰减，可有效减少与UMTS／WCDMA通信系统间的干扰。（3）通过瑞士联邦技术研究院的超宽带数据库，分析了室内环境15m到25m距离的LOS（Light of Sight）、OLOS（Obstacle Light of Sight）和NLOS（Non-light of Sight）三种传播环境下超宽带信号的传输特点，并将其与10米以下的信道传播特点进行了对比。在实验数据处理过程中，提出了对原始数据进行补零和频谱对称操作来提高实验结果准确性；同时将CLEANT算法用于数据的处理中。最后，将基于小波函数和遗传算法的波形在该15米到25米超宽带信道进行了仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容和组织结构
• 第2章 超宽带无线通信概述
• 2.1 超宽带无线通信概念
• 2.2 直接序列超宽带通信系统
• 2.3 多频带超宽带通信系统
• 2.4 超宽带通信系统的特点
• 第3章 超宽带通信系统脉冲波形设计
• 3.1 信号频率辐射掩蔽限制
• 3.2 典型脉冲波形
• 3.2.1 高斯脉冲
• 3.2.2 Hermite多项式脉冲
• 3.2.3 基于正弦波的窄脉冲
• 3.3 基于小波函数和遗传算法的脉冲波形设计
• 3.3.1 小波函数特性
• 3.3.2 遗传算法
• 3.3.3 基于小波函数和遗传算法的脉冲波形设计仿真
• 3.3.4 几种脉冲设计方法的比较分析
• 第4章 超宽带无线信道研究
• 4.1 无线信道传播特点
• 4.1.1 大尺度衰落
• 4.1.2 阴影衰落
• 4.1.3 多径衰落
• 4.1.4 时变性
• 4.2 几种典型的超宽带信道模型
• 4.2.1 Truin模型
• 4.2.2 △-K模型
• 4.2.3 S-V信道模型
• 4.2.4 IEEE工作组推荐模型
• 4.3 超宽带信道数据测量和分析方法
• 4.3.1 超宽带信道数据的时域测量
• 4.3.2 超宽带信道数据的频域测量
• 4.3.3 超宽带信道数据分析方法
• 4.3.4 超宽带信道特征参数
• 4.4 CLEAN算法
• 4.5 15米到25米超宽带信道实测数据分析
• 4.5.1 15米到25米超宽带信道实测方法和环境
• 4.5.2 15米到25米超宽带实测数据处理和对比分析
• 第5章总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文