直接序列超寬帶系統(tǒng)的脈沖波形研究.pdf

1、由于超寬帶技術(shù)能夠與其它通信系統(tǒng)共享頻譜資源，所以當FCC在2002年2月開放超寬帶技術(shù)在民用領域的應用后，引起了超寬帶技術(shù)的研究熱潮。超寬帶技術(shù)首要解決的問題是避免對其它通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，基本標準是系統(tǒng)的能量輻射滿足FCC的輻射限制。脈沖波形在脈沖方式超寬帶系統(tǒng)的能量輻射中起決定作用。因此，脈沖波形設計是超寬帶的一項關(guān)鍵技術(shù)，同時，設計既時限又頻限，滿足FCC頻譜掩蔽且頻譜利用率高的脈沖波形是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。 本文對脈沖

2、方式超寬帶系統(tǒng)的脈沖波形展開研究，以FCC頻譜掩蔽為基本衡量標準，按照從時域到頻域和從頻域到時域的兩種設計模式，研究超寬帶脈沖波形的設計方法，并進行具體的脈沖波形設計；研究超寬帶脈沖對系統(tǒng)性能的影響，系統(tǒng)地研究了所設計脈沖的系統(tǒng)誤碼率和多址容量。本文的主要工作和研究成果如下： （1）超寬帶實現(xiàn)技術(shù)的研究：在研究了IR—UWB、DS—UWB和MB—UWB三種制式的超寬帶系統(tǒng)的原理、技術(shù)特點的基礎上，研究三種制式超寬帶信號功率譜密度

3、對FCC的輻射掩蔽的適應性，得到DS—UWB和MB—UWB適合于高速通信，IR—UWB不適合于高速通信只適用于成像系統(tǒng)和探地雷達的結(jié)論；綜合分析和比較系統(tǒng)的成本、功耗、干擾性以及誤碼率等性能，得到DS—UWB在實現(xiàn)復雜性、系統(tǒng)誤碼率和適應FCC的輻射限制方面優(yōu)于MB—UWB的結(jié)論。這些結(jié)論對超寬帶技術(shù)的研究具有指導意義。 （2）基于時域的超寬帶脈沖波形研究：論文提出了超寬帶脈沖的基本設計原則，該原則比原有的僅匹配FCC頻譜掩蔽更

4、全面；在從時域到頻域優(yōu)化設計UWB脈沖方面，提出使脈沖最佳匹配FCC頻譜掩蔽最小差值積分算法，與最小方差算法相比，實現(xiàn)簡單，運行速度快；通過全面、深入地研究現(xiàn)有各種脈沖波形的時域特性、頻域特性以及匹配FCC頻譜掩蔽的程度，提出一種適合于直接序列超寬帶系統(tǒng)的脈沖波形，按照最小差值積分法優(yōu)化了該脈沖參數(shù)；運用優(yōu)化組合方法，給出了復雜度稍高但FCC頻譜匹配度更高的組合脈沖形式的超寬帶脈沖。與傳統(tǒng)的超寬帶脈沖相比，它們具有實現(xiàn)簡單、頻譜利用率高

5、的優(yōu)點。 （3）基于頻域的超寬帶脈沖波形的研究：通過研究現(xiàn)有的從頻域到時域的UWB脈沖設計方法，提出了新的超寬帶設計方法——直接頻域法，該方法可靈活適應不同國家的UWB輻射限制，用此方法設計的超寬帶脈沖在頻譜利用率、干擾性、保密性方面具有優(yōu)勢。論文按此方法為直接序列超寬帶系統(tǒng)設計出了兩個超寬帶脈沖——平方根升余弦脈沖和升余弦脈沖，它們在頻譜利用率、干擾性、保密性方面明顯優(yōu)于現(xiàn)有的超寬帶脈沖。 （4）不同脈沖波形下超寬帶系

6、統(tǒng)的性能研究：論文分析了IEEE推薦的UWB無線多徑信道模型，建立了直接序列超寬帶系統(tǒng)模型，仿真實驗了不同脈沖的直接序列超寬帶系統(tǒng)在多徑信道下的系統(tǒng)誤碼率，實驗結(jié)果表明：所設計的超寬帶脈沖在多徑信道下的誤碼率性能優(yōu)于傳統(tǒng)脈沖。理論推導出本文的多用戶直接序列超寬帶系統(tǒng)的誤碼率公式，得到多用戶干擾MUI受用戶數(shù)量、數(shù)據(jù)比特率、脈沖波形的自相關(guān)函數(shù)等因素影響的重要結(jié)論，該結(jié)論對超寬帶脈沖設計具有指導意義。根據(jù)理論推導的誤碼率公式分析和仿真實驗

7、，均得到基于時域設計的組合脈沖和基于頻域設計的升余弦脈沖在多用戶下的誤碼率性能和多址容量優(yōu)于傳統(tǒng)的Scholtz脈沖和近似扁長橢球波脈沖。 綜合各方面的性能，本文所設計的四種脈沖均可用于直接序列超寬帶系統(tǒng)。其中，基于時域設計的單脈沖適合于系統(tǒng)成本要求低、0～4米LOS信道的應用場合；基于時域設計的組合脈沖適合于對多址容量要求很高的系統(tǒng)，尤其適合于多址容量要求很高的0～4米NLOS信道的應用場合；升余弦脈沖和平方根升余弦脈沖適合于