IR-UWB无线通信系统定时恢复和系统实现技术研究

论文摘要

脉冲无线电(Impuse Radio，IR)通信系统可以提供大的数据传输带宽，并且有极低的功率谱密度，低的系统复杂度以及低成本的优势。这使得脉冲无线电通信系统成为当前无线通信领域关注的问题。脉冲无线电的类似冲激的短暂时域持续特性使得脉冲无线电系统的定时恢复必须解决获取多径位置的难题，但是多径位置的获取又必须通过脉冲定时的准确恢复来获取能量。这个相互制约的问题成为制约脉冲无线电系统数据速率和成本的难题。本论文针对脉冲脉冲无线电的定时恢复问题展开研究，主要研究内容如下。 第一：脉冲无线电的多径预估计技术，主要解决在实现定时恢复之前的多径预什计。主要使用正交接收2个分量的结果的平方和仅仅和时间窗内的脉冲无线电信号的幅度的平方成正比，该幅度和使用的正弦模板的相位和频率无关，在不同的时间窗上进行搜索得到不同时间窗对应的多径分量的幅度，选择适当的若干径进行定时恢复。 第二：脉冲无线电的正交定时恢复技术。多径预估计技术提供的多径信息比较粗糙，但是多径分量在时间窗内的偏移尚未获取，由于脉冲信号的特点是相关峰狭窄。微小的定时误差都会带来极大的信噪比损失甚至完全错误的解调结果。文中给出了一种基于正交多径分解的同步技术，利用正交分解得到的向量相位来表征脉冲信号在时间窗内的精确位置，补偿了多径预估计模块多径分量在时间窗内的偏移误差， 第三：非相干辅助的脉冲无线电突发相干通信体制。脉冲无线电相干接收需要较长的时间才能实现定时恢复，文中给出了一种基于非相干辅助接收的相干通信体制，本体制可以快速实现对脉冲无线电的定时恢复和多径估计，系统开销小，适合于无线传感器网络中使用脉冲无线电作为通信手段。 第四：脉冲无线电高速通信系统的设计与实现。文中给出了一个以脉冲无线电通信体制的室内超宽带通信系统，数据传输速率大于100Mbps，在该系统上成功的演示了多路HDTV图像和文件的混合传输，性能稳定。该系统是国内公开报导的第一个脉冲无线电超宽带系统。 本文给出了上述几个方面的工作，解决脉冲无线电通信中的同步和通道估计的关键问题。在较低的系统复杂度情况下解决了相干接收的关键问题，并实现了高速率的超宽带脉冲通信系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图目录
• 表格目录
• 第1章 绪论
• §1.1 超宽带通信系统的历史和现状
• §1.2 超宽带通信的当前的主流体制
• 1.2.1 脉冲无线电体制
• 1.2.2 扩频超宽带体制
• 1.2.3 多频带正交频分复用体制
• §1.3 IR-UWB通信系统的优点
• 1.3.1 超大信道容量和海量节点数
• 1.3.2 低成本,低功耗和低功率谱密度
• 1.3.3 定位精度高,多径分辨率高
• 1.3.4 优越的安全特性
• §1.4 IR-UWB通信系统主要研究方向
• 1.4.1 快速高精度的定时恢复技术
• 1.4.2 脉冲产生,辐射和接收技术
• 1.4.3 信道估计技术和多径合并技术
• 1.4.4 频谱形成和控制技术
• 1.4.5 超宽带通信系统的电磁传播特性
• §1.5 论文的结构和主要创新点
• 1.5.1 论文的结构
• 1.5.2 论文的主要创新点
• 第2章 脉冲无线电系统通信体制及接收关键技术
• §2.1 脉冲无线电通信系统的非相干通信体制及其关键问题
• 2.1.1 时域正交TH-PPM体制
• 2.1.2 TH-OOK体制
• 2.1.3 发送参考通信体制（Transmit Reference,TR）
• §2.2 脉冲无线电相干通信体制
• 2.2.1 时域非正交TH-PPM技术
• 2.2.2 脉冲极性调制
• 2.2.3 相干通信体制关键技术和当前进展
• §2.3 小结
• 第3章 脉冲无线电定时恢复技术
• §3.1 脉冲无线电的单支路路锁相搜索定时恢复技术
• §3.2 单支路锁相环路性能分析
• 3.2.1 性能仿真和分析
• 3.2.2 单支路锁相环路面临的困难和问题
• §3.3 脉冲无线电正交定时恢复技术原理
• §3.4 脉冲无线电通信系统的正交分解多径预估计技术
• §3.5 基于正交锁相环路的脉冲无线电系统定时恢复技术
• §3.6 基于LS估计的脉冲无线电正交定时恢复和多径合并技术
• 3.6.1 基于同步帧的脉冲重复频率提取
• 3.6.2 基于帧头的脉冲无线电正交定时恢复方法
• 3.6.3 脉冲重复频率的多径合并方法
• §3.7 频率和时间窗跟踪技术
• 3.7.1 频率跟踪技术
• 3.7.2 时间窗跟踪和多径更新技术
• §3.8 小结
• 第4章 基于能量唤醒的非相干辅助同步的脉冲无线电突发通信体制
• §4.1 IR-UWB突发通信的问题和关键技术
• §4.2 非相干辅助同步的脉冲无线电突发通信体制
• §4.3 非相干辅助同步的脉冲无线电接收方法和性能分析
• 4.3.1 接收机框图和控制过程
• 4.3.2 性能理论分析
• 4.3.3 仿真结果和系统升销分析
• §4.4 脉冲无线电突发信号的抗截获特性和时域截获技术
• 4.4.1 脉冲无线电突发信号的功率谱
• 4.4.2 脉冲无线电突发信号的时域截获技术
• §4.5 小结
• 第5章 高速率IR-UWB相干通信演示系统实现
• §5.1 高速率IR-UWB演示系统结构和组成
• §5.2 射频前端和混合信号电路
• 5.2.1 发射机射频前端电路
• 5.2.2 接收机射频前端电路
• 5.2.3 时钟发生和积分器电路
• §5.3 高速率IR-UWB基带实现
• 5.3.1 脉冲无线电信号的同步跟踪实现
• 5.3.2 信道编解码实现
• 5.3.3 USB接口实现
• 5.3.4 基带系统硬件体系结构和实现
• §5.4 脉冲无线电超宽带演示设计
• §5.5 高速率IR-UWB系统性能
• §5.6 小结
• §5.7 附录
• 第6章 总结和展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的研究成果
• 攻读博士学位期间的研究经历
• 致谢