UWB通信技術(shù)及其算法研究.pdf

1、近年在短距離(家庭與小型辦公室)無(wú)線通信領(lǐng)域提出了個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)的概念。PAN的核心思想是用無(wú)線電或者紅外線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有限電纜，組建個(gè)人化的信息網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)PAN的技術(shù)主要有：藍(lán)牙,IrDA，Home RF以及超寬帶(UWB)等4種。與其它三種技術(shù)相比，UWB的高性能和低功耗使得它脫穎而出，成為未來(lái)最富有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)之一。超寬帶通信具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、功率譜密度低、定位精度高以及抗多徑能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此它很可能是未來(lái)短距離無(wú)線移動(dòng)通

2、信高速傳輸多媒體信息，高速接入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者在無(wú)線通信技術(shù)方面的一個(gè)研究熱點(diǎn)。 本文研究了UWB的關(guān)鍵技術(shù)，涉及脈沖波形設(shè)計(jì)、多用戶(hù)檢測(cè)技術(shù)、編譯碼算法研究以及室內(nèi)多個(gè)UWB設(shè)備對(duì)移動(dòng)通信終端合成干擾研究。 為了實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有窄帶無(wú)線通信系統(tǒng)共存，F(xiàn)CC對(duì)超寬帶系統(tǒng)的功率譜作了嚴(yán)格的限定，這就引出UWB系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的難題。在UWB無(wú)線電中，人們目前廣泛采用的是高斯單脈沖，它具有超寬帶無(wú)線電脈沖的特

3、征，且具有實(shí)現(xiàn)便利性。但高斯單脈沖并不滿(mǎn)足FFC頻譜規(guī)定。于是一些學(xué)者提出了一些UWB脈沖波形優(yōu)化設(shè)計(jì)，但是現(xiàn)有UWB脈沖波形的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過(guò)程復(fù)雜，要求復(fù)雜的優(yōu)化算法，并且要求的采樣率極高。本文從波形的頻譜利用率角度考慮，提出了基于高斯脈沖各階導(dǎo)函數(shù)優(yōu)化組合的超寬帶脈沖設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)化基于高斯脈沖的不同導(dǎo)函數(shù)組合的脈沖設(shè)計(jì)算法來(lái)得到最優(yōu)波形，使功率譜密度接近標(biāo)準(zhǔn)，并且提高了頻譜利用率。 在多用戶(hù)通信系統(tǒng)中，由于各種各樣的原因，

4、在接收端期望用戶(hù)的接收機(jī)除了接收到自己的期望信號(hào)外，還會(huì)不可避免的接收到非期望信號(hào)，即受到多用戶(hù)干擾 (MUI) 的影響。目前對(duì)UWB的多址方式研究主要集中在兩個(gè)方面。通過(guò)給不同的用戶(hù)分配不同的跳時(shí)(TH)序列形成了跳時(shí)多址(THMA)；通過(guò)給每一個(gè)不同的用戶(hù)分配不同的直擴(kuò)序列形成了直擴(kuò)UWB(DS-UWB)。針對(duì)跳時(shí)多址方式，本文利用了跳時(shí)序列的特殊性質(zhì)提出了一種低復(fù)雜度的解相關(guān)接收機(jī)，減少了計(jì)算復(fù)雜度而又降低了多址干擾的影響，同時(shí)對(duì)

5、其進(jìn)行了改進(jìn)，性能又進(jìn)一步得到了提高。針對(duì)直擴(kuò)多址方式，本文提出了一種帶預(yù)處理的多用戶(hù)檢測(cè)器，通過(guò)預(yù)處理動(dòng)態(tài)的設(shè)定門(mén)限從而直接判決用戶(hù)的數(shù)據(jù)比特信息，計(jì)算結(jié)果表明經(jīng)過(guò)預(yù)處理得到的數(shù)據(jù)與最佳多用戶(hù)檢測(cè)器得到的數(shù)據(jù)相同，而且復(fù)雜度從原理的指數(shù)復(fù)雜度變?yōu)槎囗?xiàng)式時(shí)間復(fù)雜度，并且通過(guò)預(yù)處理得到的用戶(hù)信息碼的數(shù)量是很大的。由于通過(guò)預(yù)處理得到的數(shù)據(jù)已經(jīng)是最優(yōu)的，這樣可以去除這些數(shù)據(jù)從而去除對(duì)原多用戶(hù)檢測(cè)問(wèn)題的影響，相對(duì)于原問(wèn)題這個(gè)較小規(guī)模的多用戶(hù)檢測(cè)

6、問(wèn)題的多址干擾減小了，之后可以采用一些常用的諸如解相關(guān)或者最小均方誤差檢測(cè)器進(jìn)行求解，其誤碼性能無(wú)疑有所提高。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的抗干擾能力和糾錯(cuò)能力，我們可以將信道編碼技術(shù)與UWB結(jié)合起來(lái)。由于UWB是一個(gè)高速率的通信系統(tǒng)，因此編碼方案必須速率要低而且編碼后的碼字要盡量短。本文提出了半定初態(tài)卷積編碼的概念，并且在此基礎(chǔ)上給出了其編譯碼的算法。該編譯碼算法較好的解決了編碼性能與編碼后碼字長(zhǎng)度的矛盾，通過(guò)仿真可以看到，在保證編碼后碼字長(zhǎng)度盡