脈沖超寬帶收發(fā)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、自2002年聯(lián)邦通信委員會(huì)(Federal Communications Commission，F(xiàn)CC)允許超寬帶（Ultra-wideband，UWB）技術(shù)和產(chǎn)品參與商業(yè)化運(yùn)作以來(lái)，對(duì)UWB通信技術(shù)的研究興趣和應(yīng)用需求一直在急劇增加。同時(shí)，UWB技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸如UWB脈沖產(chǎn)生、小型化天線設(shè)計(jì)、同步捕獲、信道估計(jì)等許多關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。本文以貼近工程實(shí)踐為目標(biāo)，對(duì)脈沖方式超寬帶(Impulse RadioUWB，IR-UWB)無(wú)

2、線通信系統(tǒng)中的這些技術(shù)難題進(jìn)行了深入研究。
　　1、針對(duì)傳統(tǒng)UWB同步捕獲方法所需的電路復(fù)雜問(wèn)題，提出了一種基于二次包絡(luò)的超寬帶同步算法，該算法由粗同步和細(xì)同步兩階段組成。粗同步階段采用對(duì)相關(guān)器輸出做二次平滑包絡(luò)的方法來(lái)確立細(xì)同步區(qū)間，從而使粗同步階段可以用較大的滑動(dòng)步長(zhǎng)來(lái)做相關(guān)，從而降低了硬件復(fù)雜度;在細(xì)同步區(qū)間上做相關(guān)并取峰值來(lái)確立時(shí)延完成同步。仿真結(jié)果表明，該算法能夠顯著減少接收機(jī)積分器的支路數(shù)兼顧同步性能，且有效降低成本和

3、功耗，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，并已被應(yīng)用于實(shí)際的脈沖超寬帶精準(zhǔn)定位系統(tǒng)中。
　　2、針對(duì)超寬帶信道壓縮感知重構(gòu)問(wèn)題，提出一種基于最小化光滑近似零范數(shù)估計(jì)的壓縮感知(Compressive Sensing，CS)重構(gòu)算法:SALZ(SmoothApproximate l0 norm)算法。該算法屬于凸優(yōu)化算法的一種，比Mangasarian函數(shù)，lp-范數(shù)逼近，Log-Det函數(shù)等方法能夠更好的逼近l0-范數(shù)。采用的近似函數(shù)在最優(yōu)點(diǎn)附近具

4、有非常陡的下降速率，在理想情況下一旦進(jìn)入最優(yōu)點(diǎn)附近收斂速度非常的快。在兩三步內(nèi)就可以以很高精度逼近最優(yōu)解。最后通過(guò)仿真將SALZ算法與LASSO算法比較，復(fù)雜度低且性能更優(yōu)。并且在高稀疏度和低稀疏度信道下均適合。
　　3、針對(duì)壓縮感知UWB信道估計(jì)問(wèn)題，基于超寬帶信道因子圖模型，利用廣義消息傳遞(GAMP)和平均場(chǎng)(MF)理論，提出一種新超寬帶壓縮感知信道估計(jì)GAMP-MF算法。由于對(duì)于傳統(tǒng)貝葉斯方法，做壓縮感知涉及到矩陣求逆，而

5、GAMP不需要，極大減少了消息計(jì)算量。該算法不僅利用GAMP算法僅涉及標(biāo)量運(yùn)算的特點(diǎn)降低了信道估計(jì)的整體計(jì)算復(fù)雜度，而且通過(guò)MF算法分布估計(jì)為求解混合線性稀疏信號(hào)模型的GAMP算法提供先驗(yàn)，從而改善了信道估計(jì)精度。最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了該算法可以遠(yuǎn)低于OMP算法和LASSO算法的計(jì)算復(fù)雜度，并達(dá)到更好的UWB信道估計(jì)性能。
　　4、針對(duì)低成本，高幅值，極窄脈沖成形，提出一種新型基于串并聯(lián)SRD結(jié)構(gòu)的亞納秒級(jí)二階微分高斯超寬帶脈沖發(fā)生器

6、設(shè)計(jì)。采用兩個(gè)SRD組件，一個(gè)SRD用于加速脈沖前沿，另一個(gè)用于脈沖整形;前者截止，后者反向偏置，在負(fù)載上形成負(fù)的窄脈沖。該結(jié)構(gòu)克服了單獨(dú)串聯(lián)或者并聯(lián)的單管SRD脈沖發(fā)生器的幅度不足的缺點(diǎn)。并且設(shè)計(jì)了RC電路網(wǎng)絡(luò)為二極管提供偏壓，速度更快，不需要額外的偏壓電路。測(cè)試證明，該脈沖發(fā)生器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、功耗低、成本低廉、穩(wěn)定性高，并且非常易于實(shí)現(xiàn)，可有效應(yīng)用在超寬帶無(wú)線通信和定位系統(tǒng)中，具有很高的實(shí)用價(jià)值。
　　5、針對(duì)小型化陷波天

7、線問(wèn)題，提出一種SIR互補(bǔ)縫隙設(shè)計(jì)小型化的陷波結(jié)構(gòu)，使天線實(shí)際測(cè)量陷波帶寬達(dá)到800MHz(5.05GHz-5.85GHz)，對(duì)WLAN系統(tǒng)具有良好的陷波性能，而且有助于小型化設(shè)計(jì);采用一個(gè)二級(jí)階梯漸變?cè)O(shè)計(jì)，用來(lái)擴(kuò)大天線阻抗帶寬，其不僅可以展寬天線帶寬，還可以有效減小天線尺寸;提出一種使用部分接地面邊緣縫隙來(lái)改善高頻端E面最大輻射方向偏轉(zhuǎn)的優(yōu)化方法，采用了兩個(gè)L形槽。實(shí)測(cè)結(jié)果表明天線的增益大于2dBi，具有良好的全向輻射特性。該天線尺寸