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)在極寬的頻譜上實現(xiàn)信息的傳輸，具有高速率(幾百Mbps)、大容量、低發(fā)射功率、低成本等特點，在寬帶無線個域網(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)等方面具有獨特而廣闊的應(yīng)用前景。超寬帶通信尚未形成固定的標準，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，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。 本文針對IR-UWB信號的特點，從室內(nèi)密集多徑信道對信號的影響出發(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，分析了此標準信道模型的幾個重要參數(shù)，包括平均附加時延(mean excessdelay)、均方根附加時延(RMS delay spread)、多徑數(shù)量等等。研究了由密集多徑信道導(dǎo)致的信號能量擴散程度以及由此引起的碼間干擾強度。通過對標準信道的深入分析，總結(jié)出了超寬帶通信同步捕獲技術(shù)的三個原則，即捕獲速度、精度和復(fù)雜度，并分析了影響這三個指標的因素。同時針對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。 其次，提出了

4、一種基于最小二乘估計的低復(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)為研究對象，在相關(guān)接收機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用線性最小二乘估計的空間幾何特性，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算法的特點，如訓(xùn)練序列的設(shè)計、模板信號的選取、估計模糊問題，并將其與現(xiàn)有算法從運算量、復(fù)雜度和參數(shù)估計速度等方面進行了比較。最后通過計算機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現(xiàn)精確同步捕獲，與現(xiàn)有算法相比，它能夠以較小的運算量，實現(xiàn)較快的同步捕獲。 再次，提出了一種適合于PPM—UWB信號的同步捕獲算法。由于PPM—UWB信號具有非線性調(diào)制和均值不為零的特性，使得許多針對PAM—UWB系統(tǒng)的同步捕獲算法對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與接收信號進行相關(guān)，將PPM—UWB信號參數(shù)的非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系。通過設(shè)計訓(xùn)練序列的圖案，對

6、相關(guān)器輸出采樣信號運用基于GLRT的離散時間信號檢測來完成符號同步并利用似然比函數(shù)實現(xiàn)幀級時延參數(shù)的捕獲。計算機仿真表明該算法不需要很高采樣率，運算量小，復(fù)雜度低，能快速精確地實現(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，它完成捕獲精度高但運算量相

7、對較大。第二種算法是一種基于MAX/TC準則的并行結(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檢測變量與門限比較，降低了捕獲對門限的敏感性，減少了運算量，能實現(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)，通過同時對幾個相位點進行搜索來降低平均捕獲時間。第三種算法是在第3章相關(guān)接收機基礎(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)輔助兩種方式下進行，具有精度可變的特點。 綜上