脈沖超寬帶接收機(jī)同步與信道估計(jì)技術(shù)的研究.pdf

1、隨著人們對(duì)實(shí)現(xiàn)高速率、高質(zhì)量無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)需求的日趨迫切，電子設(shè)備與因特網(wǎng)之間的短距離高速無(wú)線通信已成為通信技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。超寬帶（UltraWide-Band,UWB）通信技術(shù)是目前較為先進(jìn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)之一，在WLAN/WPAN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中成為一項(xiàng)極具競(jìng)爭(zhēng)力的傳輸技術(shù)。脈沖無(wú)線電超寬帶（ImpulseRadioUltraWide-Band，IR-UWB）技術(shù)使用窄脈沖作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，因其具有頻譜共享能力強(qiáng)、信道容量大

2、、抗干擾能力強(qiáng)、多徑分辨力強(qiáng)、發(fā)射與接收設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，成為超寬帶通信的重要實(shí)現(xiàn)方案，在短距離無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　在IR-UWB系統(tǒng)中，較低的發(fā)射功率和窄脈沖的特殊性質(zhì)，對(duì)超寬帶接收機(jī)的性能提出了較高要求。在接收端，快速、準(zhǔn)確的定時(shí)同步和高性能的信道估計(jì)對(duì)超寬帶通信的質(zhì)量起到了重要作用。本文從IR-UWB信號(hào)特點(diǎn)出發(fā)，針對(duì)室內(nèi)密集多徑信道對(duì)IR-UWB信號(hào)的作用，研究了IR-UWB系統(tǒng)接收機(jī)的同步和信道估計(jì)

3、技術(shù)。
　　(1)介紹了IR-UWB通信系統(tǒng)的基本理論。對(duì)IR-UWB系統(tǒng)中脈沖信號(hào)的選擇、調(diào)制及多址方式等問(wèn)題進(jìn)行了描述與仿真。此外，介紹并分析了超寬帶的信道模型，給后續(xù)的研究與討論做好鋪墊。
　　(2)研究了IR-UWB系統(tǒng)的信號(hào)同步算法。IR-UWB信號(hào)的同步分為信號(hào)捕獲算法與信號(hào)跟蹤算法兩部分。
　　在信號(hào)捕獲算法中，首先介紹了基于能量檢測(cè)的IR-UWB信號(hào)捕獲算法。在此基礎(chǔ)上，提出了基于窗口前移互相關(guān)檢測(cè)器的

4、IR-UWB信號(hào)捕獲算法。該算法借鑒了傳統(tǒng)互相關(guān)能量檢測(cè)器的思路，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)改良相關(guān)窗口位置實(shí)現(xiàn)IR-UWB信號(hào)的捕獲。理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)后算法能夠更精確的實(shí)現(xiàn)IR-UWB信號(hào)的捕獲。
　　在信號(hào)捕獲的基礎(chǔ)上，研究了IR-UWB信號(hào)的跟蹤算法。提出了基于頻域子空間分解的IR-UWB信號(hào)跟蹤算法。該算法將接收到的訓(xùn)練序列進(jìn)行頻域子空間分解，從而得到信號(hào)延時(shí)參數(shù)。該算法相對(duì)于傳統(tǒng)的基于奇異值分解算法，能夠更加

5、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)IR-UWB信號(hào)跟蹤。最后利用粒子群優(yōu)化算法，對(duì)基于頻域子空間分解的IR-UWB信號(hào)跟蹤算法進(jìn)行了優(yōu)化，提出了基于粒子群的頻域子空間IR-UWB信號(hào)跟蹤算法，進(jìn)一步提升了跟蹤算法的性能。
　　(3)研究了基于頻域遞歸最小二乘的IR-UWB信道估計(jì)算法，并提出了改進(jìn)算法。
　　針對(duì)快衰落信道研究了基于訓(xùn)練序列的IR-UWB信道估計(jì)算法，提出了基于動(dòng)態(tài)遺忘因子遞歸最小二乘的頻域IR-UWB信道估計(jì)算法。該算法對(duì)遞歸最小

6、二乘進(jìn)行了改進(jìn)，并借鑒基于頻域遞歸最小二乘IR-UWB信道估計(jì)算法的思想實(shí)現(xiàn)IR-UWB信道估計(jì)。改進(jìn)后的算法可靠性強(qiáng)、復(fù)雜度低，并且提高了對(duì)時(shí)變信道參數(shù)的響應(yīng)速度。
　　對(duì)于信道參數(shù)變化緩慢的情況，提出了基于頻域遞歸最小二乘的IR-UWB信道盲估計(jì)算法。該算法利用TH-PPM信號(hào)一維統(tǒng)計(jì)平穩(wěn)特性，通過(guò)將接收到信號(hào)的一階統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行DFT變換，然后在頻域中通過(guò)遞歸最小二乘算法估計(jì)信道的頻域響應(yīng)，從而得到信道參數(shù)?；陬l域遞歸最小二乘

7、的IR-UWB信道盲估計(jì)算法可靠性較高、復(fù)雜度低，由于避免了發(fā)送訓(xùn)練序列造成的信息冗余，并可以在信號(hào)接收的同時(shí)對(duì)信道進(jìn)行估計(jì)，實(shí)時(shí)更新信道參數(shù)，因此可達(dá)到節(jié)省系統(tǒng)資源，提高通信效率的目的。
　　(4)研究了基于壓縮感知理論的低采樣率IR-UWB信道估計(jì)算法。IR-UWB信號(hào)具有極大的帶寬，在傳統(tǒng)的接收機(jī)中，需要用很高的頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，給接收機(jī)造成很大的負(fù)擔(dān)。結(jié)合IR-UWB信號(hào)的稀疏性，利用壓縮感知對(duì)稀疏信號(hào)的低采樣率采樣和重

8、構(gòu)技術(shù)，提出了基于壓縮感知的IR-UWB信道估計(jì)算法，該算法首先令接收到的信號(hào)通過(guò)以隨機(jī)濾波器構(gòu)造成的觀測(cè)矩陣，并對(duì)其欠采樣，之后利用壓縮感知的重構(gòu)算法對(duì)欠采樣得到的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，從而得到信道參數(shù)的估計(jì)值。相對(duì)于傳統(tǒng)的信道估計(jì)算法，一方面降低了接收機(jī)對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求，另一方面，低采樣率產(chǎn)生較小的數(shù)據(jù)量，從而降低了估計(jì)算法的計(jì)算量，但受噪聲影響嚴(yán)重，可靠性有待提升。為了降低噪聲對(duì)信道估計(jì)算法的影響，提高算法性能，利用遞歸最小二乘算法對(duì)