超宽带通信系统跟踪环路设计及其VLSI实现研究

论文摘要

在脉冲体制超宽带（IR-UWB,Impulse Radio Ultra Wide-band）无线通信系统中,由于超宽带无线信号极窄的脉冲周期,当使用Rake接收机进行解调时,极小的定时误差会使接收机收集到的能量减少很多,从而引起系统性能的极大衰减。为了解决这一难题,本文提出了一种数模混合同步采样的适用于脉冲体制超宽带无线通信系统的锁时跟踪环路来减少定时误差,提高系统性能。本文首先通过研究窄带通信系统中跟踪环路的设计,考虑脉冲体制超宽带无线通信系统跟踪环路设计的特殊性,采用最大似然估计的方法,得到跟踪环路中最重要环节—时间误差检测器的结构,基于该时间误差检测器完成整个跟踪环路的设计并通过分析该环路的S-Curve和定时误差方差得到了定性跟踪性能的数学分析和仿真。在密集多径信道下面的系统仿真实验结果表明,当采用选择性Rake（SRake）接收机时,该跟踪环路能有效跟踪半脉冲周期左右的时间抖动,使系统的误码率性能有近三个数量级的提高。在综合考虑环路性能与硬件实现复杂度的前提下,进行了该跟踪环路的硬件设计,搭建测试平台,并由FPGA仿真获得该跟踪环路能有效地跟踪时间误差信号,提高系统的误码率性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表索引
• 第一章 绪论
• 1.1.UWB的发展史
• 1.2.UWB的定义及技术特点
• 1.2.1.UWB的定义
• 1.2.2.UWB的技术特点
• 1.3.UWB系统中跟踪环路的简述
• 1.4.主要工作和章节安排
• 第二章 超宽带系统综述
• 2.1.IR-UWB系统
• 2.1.1.IR-UWB无线电信号的调制
• 2.1.2.UWB系统信道传输特性和IEEE信道
• 2.1.2.1.IEEE802.15.3a多径信道的确定
• 2.1.2.2.IEEE802.15.3a信道的仿真
• 2.1.3.IR-UWB系统中的Rake接收机
• 2.1.3.1.Rake接收机的比较与分析
• 2.1.3.2.不同的Rake接收机性能的仿真比较
• 2.2.IR-UWB系统跟踪环路的研究
• 第三章 跟踪环路算法研究
• 3.1.IR-UWB跟踪环路算法的研究
• 3.1.1.定时误差恢复环路
• 3.1.1.1.同步采样
• 3.1.1.2.非同步采样
• 3.1.2.基于最大似然估计的跟踪环路算法
• 3.1.3.适用于UWB密集多径信道的跟踪环路
• 3.1.3.1.匹配滤波器的参考波形
• 3.1.3.2.在密集多径条件下跟踪环路的算法
• 3.1.3.3.跟踪环路性能
• 3.2.IR-UWB跟踪环路算法仿真及性能分析
• 3.2.1.系统仿真
• 3.2.2.仿真参数的确定
• 3.2.3.仿真结果及性能分析
• 第四章 跟踪环路的VLSI实现
• 4.1.量化仿真
• 4.2.参数设定
• 4.3.跟踪环路硬件设计考虑
• 4.4.模块设计
• 4.4.1.匹配滤波器
• 4.4.2.环路滤波器
• 4.4.3.数控振荡器
• 4.5.跟踪环路验证平台
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 硕士学习期间录用和发表的学术论文
• 致谢