脈沖寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、脈沖寬帶無線通信可以追溯到一百多年前無線電起源的年代，最早的無線電發(fā)明者波波夫、馬可尼就是利用火花放電產(chǎn)生無線電脈沖信號(hào)完成了最初的電報(bào)通信。上世紀(jì)40年代到60年代，Louisde Rosa、Conrad H.Hoeppner以及Gerald Ross、HenningHarmuth等為脈沖通信的工程實(shí)現(xiàn)方法做出了極大貢獻(xiàn)，脈沖無線電(Impulse Radio，IR)的名稱也開始被大家廣為使用。在美國軍方的研究推動(dòng)下，IR技術(shù)在上世紀(jì)

2、90年代得到了重視和快速發(fā)展。2002年4月，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FederalCommunications Commission，F(xiàn)CC)發(fā)布了關(guān)于超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）技術(shù)第一個(gè)民用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，IR技術(shù)是UWB的主要實(shí)現(xiàn)方法之一，從此，IR-UWB技術(shù)在高速數(shù)據(jù)通信、成像系統(tǒng)、雷達(dá)定位等方面的應(yīng)用迅速成為了全球的研究熱點(diǎn)。
　　與傳統(tǒng)的寬帶通信不同，脈沖寬帶無線通信采用的是無載波調(diào)制，將信息調(diào)制到基帶脈

3、沖上形成基帶脈沖序列后直接發(fā)送。這種方式有著顯著的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn):低頻譜密度、低截獲、抗多徑衰落、穿透能力強(qiáng)和收發(fā)信機(jī)較為簡(jiǎn)單等。脈沖寬帶通信包含但不局限于IR-UWB技術(shù)，有著更廣的研究和應(yīng)用范圍。
　　脈沖寬帶通信的關(guān)鍵技術(shù)主要包含以下幾方面:a.信道模型研究;b.極窄脈沖的產(chǎn)生以及調(diào)制技術(shù);c.脈沖接收機(jī)射頻前端實(shí)現(xiàn)技術(shù);d.脈沖檢測(cè)及同步技術(shù)。上述關(guān)鍵技術(shù)中，前兩個(gè)方面前人的研究非常多，且已經(jīng)比較成熟，因此本文主要對(duì)現(xiàn)有成果進(jìn)

4、行分析和介紹，考慮到信道與后面的算法研究密切相關(guān)，本文第二章單獨(dú)對(duì)信道模型進(jìn)行分析介紹。本文重點(diǎn)研究了上述關(guān)鍵技術(shù)中第三和第四方面與接收機(jī)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的若干關(guān)鍵技術(shù)。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容和貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面:
　　1、脈沖寬帶通信接收機(jī)射頻前端技術(shù)研究。在研究了超外差接收機(jī)、鏡頻抑制接收機(jī)、零中頻接收機(jī)(Zero-IF Receiver，ZIR)以及直接放大采樣接收機(jī)等多種接收結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了基于直接放大采樣結(jié)構(gòu)的時(shí)分(

5、Time Division，TD)雙工收發(fā)信機(jī)前端模塊實(shí)現(xiàn)方案，在具體電路實(shí)現(xiàn)中，針對(duì)其中接收鏈路低噪聲、高增益、以及寬頻段的要求，設(shè)計(jì)了基于雙負(fù)反饋簡(jiǎn)并cascode結(jié)構(gòu)的低噪放前級(jí)、基于鏡像對(duì)稱衰減器的寬帶自動(dòng)增益控制回路以及基于電阻并聯(lián)負(fù)反饋的增益驅(qū)動(dòng)后級(jí)。該一體化收發(fā)信機(jī)模塊最終在0.05-2.5GHz高達(dá)5個(gè)倍頻程范圍創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)基本指標(biāo)，為基帶系統(tǒng)提供了性能驗(yàn)證的前端平臺(tái)，也為脈沖寬帶系統(tǒng)的單片集成(System On Chip

6、，SOC)提供了新的設(shè)計(jì)思路。
　　2、脈沖寬帶差分自相關(guān)接收技術(shù)研究。在介紹和研究了常見的相干接收方法、非相干能量檢測(cè)接收方法以及非相干差分接收方法的基礎(chǔ)上，指出了在對(duì)通信速率要求不是特別高的情況下，非相干差分接收方法是低成本低復(fù)雜度的最佳選擇。針對(duì)寬帶脈沖短時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)的特點(diǎn)，本文提出了基于脈沖模板平均(Template Averaging Based，TAB)技術(shù)的自適應(yīng)差分自相關(guān)接收（Adaptive Differential

7、 receiver，ADIFF）方法，并推導(dǎo)了相應(yīng)的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)公式。
　　3、針對(duì)脈沖雙極性調(diào)制(Binary Phase Shift Keying，BPSK)，提出了極性盲恢復(fù)方法，具有誤碼自適應(yīng)能力，顯著降低了對(duì)模板質(zhì)量的不利影響，并改善了差分方式固有的誤碼傳遞問題。仿真結(jié)果表明，該算法能顯著提高脈沖接收的誤碼率性能。
　　4、脈沖寬帶通信檢測(cè)捕獲技術(shù)研究。在相干接收機(jī)中，脈沖

8、信號(hào)的檢測(cè)捕獲技術(shù)是系統(tǒng)獲得極限速率的關(guān)鍵，針對(duì)高速脈沖信號(hào)寬度極窄、占空比較大的特點(diǎn)，本文提出了只在接收脈沖信號(hào)的時(shí)間片內(nèi)進(jìn)行自相關(guān)接收的核心思想，與傳統(tǒng)的在整個(gè)符號(hào)周期范圍內(nèi)進(jìn)行自相關(guān)接收的方法相比，短時(shí)積分顯著降低接收信號(hào)積分中噪聲功率的累積，從而有利于提高接收機(jī)信噪比指標(biāo)，也降低了系統(tǒng)運(yùn)算量。另外，對(duì)連續(xù)接收到的多個(gè)脈沖信號(hào)的短時(shí)自相關(guān)值進(jìn)行累積，可獲得額外的脈沖接收能量累積增益，從而有利于提高系統(tǒng)接收檢測(cè)性能。根據(jù)上述技術(shù)方案