详情

原文传递超宽带无线通信关键技术研究

论文题名：	超宽带无线通信关键技术研究
关键词：	超宽带无线通信;波形设计;信道测量;同步捕获;无线信道
摘要：	超宽带无线通信技术由于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能力等优点，已经成为当今无线通信领域研究和开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。本文针对超宽带无线通信中面临的几个关键问题，进行了理论研究和仿真实验。研究工作主要从理论基础、相关算法分析等方面进行，并在此基础上有针对性地提出新的解决方案；通过仿真实验对所提出的算法的有效性进行了验证。考虑到超宽带信号波形设计、超宽带无线信道测量和接收机的同步技术都是超宽带无线通信中的关键技术，本文着重从这三个方面入手，探讨如何对这三个方面的相关技术加以改进并有所突破，从而对超宽带无线通信系统的整体性能改善有所帮助。所有这些工作为超宽带无线通信系统的实用化研究和实践进行了必要的前期准备工作。本课题研究的主要内容和创新点如下： 1、介绍了超宽带无线通信系统中涉及到的基本概念及原理。对本论文中所涉及的超宽带无线通信技术实现的一般原理、基本概念进行了简要的阐述，如超宽带无线通信技术中的多址方式、调制方法等，以便为后续的深入讨论进行必要的铺垫。同时，对超宽带无线通信技术的发展史、研究现状以及目前各国学者研究工作中所面临的主要问题等也进行了概述。 2、提出了一种新的超宽带无线通信系统中的波形设计方案。在美国联邦通信委员会(FederalCommunicationsCommission，FCC)关于超宽带无线通信辐射限制之下，通过对基本脉冲发射波形的优化设计可以提高频谱利用率，并在一定程度上对超宽带无线系统的性能加以改善。本文在介绍现有超宽带基本脉冲波形的基础上，提出了一种基于Lengendre多项式的新的波形设计方案，该方案具有备选波形数量多、根据不同需要选择余地较大、参数调整灵活以及与FCC辐射限制相匹配等特点。 3、提出了超宽带无线信道测量中一种新的解卷积算法-R-CLEAN算法。信道测量是建立信道统计模型的基础和前提，而统计模型的适应范围是进行统计测量的一类特定信道环境。虽然国外研究机构针对各自的应用环境进行的测量比较全面，具有一定的普遍性和适应性，但是这些环境中的测量结论是否与我国未来超宽带无线通信系统应用的主要环境一致必须通过对我国相应环境的测量获得。而我国目前尚无对室内超宽带无线信道的测量，也缺少相关信道测量的理论和方法。因此，研究超宽带无线信道的测量及数据处理方法就成为我国超宽带无线信道研究方面迫切需要解决的问题。确定超宽带无线信道的单位冲激响应是建立信道模型的关键。本文所提出的R-CLEAN算法，克服了通常所采用的用于解卷积的CLEAN算法所存在的部分局限性。传统CLEAN算法，采用单一或多个模板信号，只考虑到了收发天线的不同角度对发射波形产生的影响。本文所提出的R-CLEAN算法，分为两个步骤，首先通过将某测量点与其相邻的测量点的数据进行比较，确定多径分量出现的范围，之后再采用多模板信号波形，与实际接收信号进行解卷积处理。从仿真实验的结果看，不论从接收信号的准确率还是从信号能量的捕获方面，R-CLEAN算法与传统的CLEAN算法相比较都显示出了一定的优越性。 4、提出了超宽带无线通信接收机中的一种同步捕获简化算法。由于超宽带无线通信技术中采用的脉冲波形宽度极窄，因此超宽带无线接收机的整体性能对同步性能十分敏感，系统最终的输出、功率预算和系统复杂性等技术指标都与系统的同步性能紧密相关。不同的超宽带应用系统的运行环境有很大的差异：室外无线传播环境中直达路径占主导地位，而在室内无线传播环境中，则体现为密集多径传播。直达路径与密集多径传输的不同机制、有无跳时调制、不同的接收机方案选择等因素，将导致同步捕获和跟踪偏差对系统性能的影响也尽不同。本文分析了同步偏差对系统性能的影响，并提出了一种同步捕获简化算法。该算法通过引入简化因子，可以根据实际通信质量需要以及传输环境条件，确定同步捕获的简化因子取值和相应的同步过程，在满足通信可靠性的基础上，能够在一定程度上缩短同步捕获时间，为实现高速率超宽带无线通信所要求的快速同步提供了一种新的方案。综上所述，本论文对于超宽带无线通信系统中信号波形设计、信道测量和接收机同步技术进行了比较深入的研究，并提出了新的波形设计方案、信道测量中的R-CLEAN算法和超宽带接收机中同步捕获简化新算法，仿真实验证实了本文所提出的这些方案在一定约束条件下能够获得较好的效果。
作者：	马惠珠
专业：	通信与信息系统
导师：	杨莘元
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文