IR-UWB通信系統(tǒng)同步捕獲技術(shù)研究.pdf

1、超寬帶(UWB)通信技術(shù)在極寬的頻譜上實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，具有高速率(幾百M(fèi)bps)、大容量、低發(fā)射功率、低成本等特點(diǎn)，在寬帶無線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)、家庭網(wǎng)絡(luò)(In-Home Network)、傳感器網(wǎng)絡(luò)(Sensor Network)、特種通信系統(tǒng)等方面具有獨(dú)特而廣闊的應(yīng)用前景。超寬帶通信尚未形成固定的標(biāo)準(zhǔn)，目前主要分為載波通信和脈沖通信兩類。載波通信主要以MB-OFDM代表。而脈沖通信主要以脈沖超寬帶(IR-UWB)為代表。IR-UWB

2、是超寬帶通信的最初方式，它以無線短脈沖為媒介傳輸信息，不需要加載連續(xù)載波。由于脈沖通信屬于基帶通信，具有與傳統(tǒng)載波通信不同的特點(diǎn)，能夠充分利用超寬頻帶，因此成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本文針對(duì)IR-UWB信號(hào)的特點(diǎn)，從室內(nèi)密集多徑信道對(duì)信號(hào)的影響出發(fā)，研究了適合IR-UWB系統(tǒng)的同步捕獲算法，并從算法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度、捕獲速度和精度等角度研究了各種算法的性能。 首先，在深入理解IEEE802.15.3a推薦的室內(nèi)信道模型基礎(chǔ)

3、上，分析了此標(biāo)準(zhǔn)信道模型的幾個(gè)重要參數(shù)，包括平均附加時(shí)延(mean excessdelay)、均方根附加時(shí)延(RMS delay spread)、多徑數(shù)量等等。研究了由密集多徑信道導(dǎo)致的信號(hào)能量擴(kuò)散程度以及由此引起的碼間干擾強(qiáng)度。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信道的深入分析，總結(jié)出了超寬帶通信同步捕獲技術(shù)的三個(gè)原則，即捕獲速度、精度和復(fù)雜度，并分析了影響這三個(gè)指標(biāo)的因素。同時(shí)針對(duì)不同原理的同步捕獲算法分析了衡量這些算法捕獲性能的指標(biāo)。 其次，提出了

4、一種基于最小二乘估計(jì)的低復(fù)雜度同步捕獲算法，并利用巴克碼的局部自相關(guān)特性設(shè)計(jì)了一種簡單的訓(xùn)練序列。這種算法以PAM-TH-UWB系統(tǒng)為研究對(duì)象，在相關(guān)接收機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用線性最小二乘估計(jì)的空間幾何特性，完成數(shù)據(jù)輔助方式下的同步捕獲。分析了這種基于最小二乘估計(jì)算法的特點(diǎn)，如訓(xùn)練序列的設(shè)計(jì)、模板信號(hào)的選取、估計(jì)模糊問題，并將其與現(xiàn)有算法從運(yùn)算量、復(fù)雜度和參數(shù)估計(jì)速度等方面進(jìn)行了比較。最后通過計(jì)算機(jī)仿真分析了這種算法的性能以及影響其性能的

5、因素。研究結(jié)果表明該算法能夠快速有效地實(shí)現(xiàn)精確同步捕獲，與現(xiàn)有算法相比，它能夠以較小的運(yùn)算量，實(shí)現(xiàn)較快的同步捕獲。 再次，提出了一種適合于PPM—UWB信號(hào)的同步捕獲算法。由于PPM—UWB信號(hào)具有非線性調(diào)制和均值不為零的特性，使得許多針對(duì)PAM—UWB系統(tǒng)的同步捕獲算法對(duì)PPM—UWB系統(tǒng)不再適用。本文通過采用一種新的本地模板信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，將PPM—UWB信號(hào)參數(shù)的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系。通過設(shè)計(jì)訓(xùn)練序列的圖案，對(duì)

6、相關(guān)器輸出采樣信號(hào)運(yùn)用基于GLRT的離散時(shí)間信號(hào)檢測來完成符號(hào)同步并利用似然比函數(shù)實(shí)現(xiàn)幀級(jí)時(shí)延參數(shù)的捕獲。計(jì)算機(jī)仿真表明該算法不需要很高采樣率，運(yùn)算量小，復(fù)雜度低，能快速精確地實(shí)現(xiàn)PPM—UWB系統(tǒng)的同步捕獲。 最后，提出了三種基于搜索方式的同步捕獲算法。第一種算法是一種基于最大似然準(zhǔn)則的捕獲跟蹤算法，這種捕獲跟蹤算法與前兩章算法相比，主要不同是需要很高的數(shù)據(jù)采樣率并且需要通過搜索的方式來完成參數(shù)估計(jì)，它完成捕獲精度高但運(yùn)算量相

7、對(duì)較大。第二種算法是一種基于MAX/TC準(zhǔn)則的并行結(jié)構(gòu)的同步捕獲算法，這種算法通過分段搜索，選擇每段中最大的一個(gè)檢測變量與門限比較，降低了捕獲對(duì)門限的敏感性，減少了運(yùn)算量，能實(shí)現(xiàn)高精度的快速捕獲。另外，該算法采用了并行相關(guān)檢測器的結(jié)構(gòu)，通過同時(shí)對(duì)幾個(gè)相位點(diǎn)進(jìn)行搜索來降低平均捕獲時(shí)間。第三種算法是在第3章相關(guān)接收機(jī)基礎(chǔ)上提出了一種可變搜索步長的同步捕獲算法，該算法可以在數(shù)據(jù)輔助和非數(shù)據(jù)輔助兩種方式下進(jìn)行，具有精度可變的特點(diǎn)。 綜上