具有測距功能的非相干IR-UWB物理層關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、脈沖無線電超寬帶(Impulse Radio Ultra-Wideband，IR-UWB)是一種新型的無線技術(shù)，它占據(jù)了極大的頻譜帶寬，利用時域?qū)挾葮O窄的基帶脈沖來攜帶信息，具有低成本、低功耗、低截獲和高數(shù)據(jù)率等優(yōu)點，具備Gbps量級數(shù)據(jù)率的通信能力和厘米級精度的測距定位能力。然而IR-UWB采用和傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)完全不同的體制，因此在信號產(chǎn)生、輻射、接收和檢測等方面都面臨著不同的困難，而且目前的研究還不足以充分挖掘IR-UWB在測距定位方

2、面的巨大潛力。近兩年來國外多家研究機(jī)構(gòu)開始致力于超寬帶通信和測距一體化設(shè)計的研究。園內(nèi)在這方面還是一片空白。 本文在脈沖超寬帶的背景下，針對超寬帶在數(shù)據(jù)通信和無線測距方面的應(yīng)用，在分別研究基于能量檢測的非相干接收關(guān)鍵技術(shù)和基于到達(dá)時間估計的無線測距技術(shù)的基礎(chǔ)上，本文給出了一種具有測距功能的非相干IR-UWB節(jié)點物理層結(jié)構(gòu)，作為通信和測距一體化設(shè)計的一個技術(shù)方案。 在數(shù)據(jù)通信方面，首先通過對基于非相干能量檢測的接收結(jié)構(gòu)和接

3、收性能進(jìn)行分析，獲得最佳接收判決門限。其次，通過分析噪聲環(huán)境中的非相干單比特接收性能和多徑信道下的脈沖擴(kuò)展效應(yīng)，提出了一種基于占空比統(tǒng)計的接收機(jī)自動增益控制算法。該算法利用脈沖寬度來獲得對脈沖幅度的估計，從而設(shè)置最佳的接收增益以獲得最佳接收幅度，減小脈沖間串?dāng)_對接收性能的惡化。 在無線測距方面，首先闡述了超寬帶在測距領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，概括了超寬帶測距的一般原理，分析了測距誤差來源。然后對超寬帶測距中的到達(dá)時間(TOA)估計算法進(jìn)行

4、了詳細(xì)的分析和比較，給出了門限比較的TOA估計誤差推導(dǎo)。門限比較算法需要權(quán)衡噪聲虛警誤差和首徑漏警誤差，這給提高估計精度帶來一定的限制，本文根據(jù)超寬帶信道多徑按簇到達(dá)的特征，提出了一種基于能量跳躍函數(shù)的TOA估計算法，即最大能量跳躍(MEL)法。仿真結(jié)果表明在非視距信道環(huán)境下MEL算法比其他幾種算法具有更優(yōu)越的性能。 在上述對數(shù)據(jù)通信和無線測距方面的研究基礎(chǔ)上，針對IR-UWB組網(wǎng)的應(yīng)用需求，本文給出了一種具有測距功能的非相干I