UWB通信系統(tǒng)的信號(hào)檢測與同步技術(shù)研究.pdf

1、脈沖超寬帶(impulseradioultra-wideband，IR-UWB)采用離散的極窄脈沖承載信息，在無線通信、目標(biāo)檢測、測距定位等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，功耗在整個(gè)系統(tǒng)所占比例較低，因此如何在接收機(jī)實(shí)現(xiàn)“低成本、低功耗、高數(shù)據(jù)速率”是滿足UWB通信系統(tǒng)要求的關(guān)鍵。
　　 然而，IR-UWB信號(hào)的極大的帶寬和極低占空比，帶來了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的各種困難：首先，極大的信號(hào)帶寬對(duì)系統(tǒng)采樣率和海量數(shù)據(jù)處理能力提出

2、了很高的要求，成為制約著UWB技術(shù)走向?qū)嵱玫钠款i；其次，在信號(hào)接收上，面臨的主要問題是簡單有效的窄脈沖信號(hào)檢測和快速同步捕獲技術(shù)。其中，第一點(diǎn)與ADC量化精度有直接關(guān)系，第二點(diǎn)是因?yàn)槟壳暗腢WB信號(hào)檢測與同步捕獲技術(shù)多是移植了傳統(tǒng)通信系統(tǒng)（正弦通信系統(tǒng)）的方法，而這些方法在高瞬時(shí)信噪比和低占空比的窄脈沖通信系統(tǒng)中并不適用。為此，本文深入分析了低精度量化時(shí)信號(hào)檢測與同步捕獲問題，并從信號(hào)檢測與同步捕獲一體化設(shè)計(jì)的思路，提出了理論改進(jìn)和工程

3、可用的解決方法。主要研究內(nèi)容如下：
　　 本文首先分析了低精度量化接收性能下降的原因。針對(duì)傳統(tǒng)的全精度量化噪聲分析方法不適用于低精度量化情形，本文討論了低精度量化噪聲信號(hào)模型，奠定了全文的理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)UWB接收機(jī)，分析了低精度量化時(shí)量化噪聲引起的信號(hào)檢測性能損失，并給出了數(shù)學(xué)表達(dá)式。
　　 為了提高低精度量化時(shí)信號(hào)檢測性能，本文給出了最優(yōu)量化器，使其產(chǎn)生的量化噪聲功率最小，以便把量化噪聲對(duì)信號(hào)檢測性能的影響

4、降到最低。針對(duì)UWB信號(hào)檢測，分析了UWB接收信號(hào)服從高斯分布，得到UWB最優(yōu)量化接收機(jī)，給出了理論上的接收性能界。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合能量檢測與最大似然估計(jì)的ED-ML模板估計(jì)方法，設(shè)計(jì)了工程上可用的次優(yōu)接收機(jī)結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果證明，最優(yōu)量化接收機(jī)和次優(yōu)量化接收機(jī)的模板估計(jì)和誤碼性能均大幅提升，而且次優(yōu)量化接收機(jī)中只需檢波和查表，簡單易行，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
　　 最后，結(jié)合次優(yōu)量化信號(hào)檢測結(jié)構(gòu)，以單比特接收機(jī)為研究對(duì)象，提出了基于能