UWB-OFDM系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、由于現(xiàn)實(shí)工作、生活和娛樂(lè)中對(duì)高質(zhì)量、高速率數(shù)字多媒體業(yè)務(wù)的需求不斷地增長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)著更高通信速率的通信方式出現(xiàn)，UWB技術(shù)是目前唯一能夠滿(mǎn)足這些要求的一種高速、短距離無(wú)線通信技術(shù)，與現(xiàn)有的和新近出現(xiàn)的無(wú)線技術(shù)相比，UWB技術(shù)的一些性能優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，它是一種高速率、低成本、低功耗的頗具潛力的物理層技術(shù)。在多帶OFDM聯(lián)盟(MBOA)的支持下，幾乎所有著名的半導(dǎo)體、消費(fèi)電子終端設(shè)備、個(gè)人計(jì)算機(jī)以及移動(dòng)設(shè)備的生產(chǎn)廠家都把多帶OFDM方案(MB

2、-OFDM，也叫UWB-OFDM)作為UWB的最佳解決方案。UWB-OFDM擁有很多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，它基于多帶OFDM調(diào)制技術(shù)，它把UWB頻譜分成很多子帶，每個(gè)子帶500MHz左右。目前，UWB-OFDM技術(shù)在短距離、高速無(wú)線連接方面的應(yīng)用還是一個(gè)嶄新的課題，許多理論問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)仍有待于進(jìn)行深入研究。 本文對(duì)已成為IEEE 802.15.3a高速WPAN事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)的UWB-OFDM技術(shù)進(jìn)行了比較全面地闡述，同時(shí)將它與DS-UWB技術(shù)進(jìn)

3、行了相關(guān)比較。研究了UWB-OFDM無(wú)線通信系統(tǒng)中物理層的一些關(guān)鍵技術(shù)，主要工作涉及UWB-OFDM．信道模型、UWB-OFDM系統(tǒng)盲符號(hào)定時(shí)同步以及UWB-OFDM系統(tǒng)的多速率設(shè)計(jì)等。 UWB技術(shù)主要有兩種實(shí)現(xiàn)方式。最初的UWB是通過(guò)脈沖方式實(shí)現(xiàn)的，它發(fā)射持續(xù)時(shí)間極短、帶寬為幾個(gè)GHz的基帶脈沖，數(shù)據(jù)調(diào)制使用PAM或PPM；最近一種實(shí)現(xiàn)UWB技術(shù)的新方法是多帶方法，它將3.1～10.6GHz的UWB頻帶分成許多帶寬大于500M

4、Hz的子帶，每個(gè)子帶用OFDM調(diào)制。在第二章中，介紹了UWB-OFDM系統(tǒng)的基本理論與結(jié)構(gòu)，并將它與DS-UWB系統(tǒng)在許多方面進(jìn)行相關(guān)比較，包括頻寬取舍、覆蓋范圍、接收機(jī)復(fù)雜度、抗多徑特性、共存性及行業(yè)支持等等。UWB-OFDM解決方案比DS-UWB解決方案更適合于高速UWB通信系統(tǒng)；而DS-UWB方案更適用于低速WPAN應(yīng)用。 信道建模的目的是為了了解UWB設(shè)備所處的信道的傳播特性，有助于實(shí)現(xiàn)一個(gè)有效的高速UWB通信系統(tǒng)。UW

5、B信道建模必須在簡(jiǎn)單模型與對(duì)信道精確描述兩方面作權(quán)衡折衷。在第3章中，本文在前人工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了超寬帶信道的傳播特征，介紹了典型超寬帶信道模型。為了得到與具體系統(tǒng)帶寬相匹配的信道模型，研究了IEEE802.15.3a多徑信道的離散化問(wèn)題，分析了使用該模型時(shí)存在的問(wèn)題，并基于抽樣率轉(zhuǎn)換理論提出兩種較為合理的帶通UWB信道設(shè)計(jì)方案，該方案最大程度地保持了UWB信道的在不同頻段的信道特性。然后將該方案應(yīng)用于UWB-OFDM系統(tǒng)，給出了UW

6、B-OFDM系統(tǒng)信道模型的統(tǒng)計(jì)特征，最后的計(jì)算結(jié)果表明這種設(shè)計(jì)方法極好地保持了UWB信道相應(yīng)頻段的本質(zhì)。本文的帶通UWB信道設(shè)計(jì)方法加上Intel提供的低通型信道設(shè)計(jì)方法，構(gòu)成了完整的UWB信道設(shè)計(jì)方案。在第4章中，提出一種適合于UWB-OFDM系統(tǒng)的符號(hào)盲同步方法。該方法是基于UWB-OFDM符號(hào)中的零前綴ZP功率出現(xiàn)規(guī)律性的分布特性，利用滑動(dòng)窗能量檢測(cè)的辦法來(lái)進(jìn)行符號(hào)同步。研究了高斯信道、瑞利信道和UWB信道下的符號(hào)同步方法，井詳細(xì)

7、分析了瑞利信道和UWB信道下接收信號(hào)的能量分布特性。為了提高同步性能，設(shè)計(jì)了多滑動(dòng)窗方法代替雙滑動(dòng)窗方法。計(jì)算機(jī)仿真分析表明該方法無(wú)論在高斯信道、瑞利信道還是UWB信道下都具有優(yōu)異的性能。 美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)對(duì)超寬帶信號(hào)進(jìn)行了嚴(yán)格的輻射功率譜密度限制(≤-41.3dBm/MHz)，如何充分利用UWB系統(tǒng)可輻射功率是需要解決的難題。在第5章中，提出了一種UWB-OFDM系統(tǒng)的改進(jìn)方案，該方案在不改變現(xiàn)有的IEEE802.