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(dāng)FCC在2002年2月開放超寬帶技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計是超寬帶的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，同時，設(shè)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(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)，按照從時域到頻域和從頻域到時域的兩種設(shè)計模式，研究超寬帶脈沖波形的設(shè)計方法，并進(jìn)行具體的脈沖波形設(shè)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(shè)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(shí)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(diǎn)的基礎(chǔ)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(yīng)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(dá)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜性、系統(tǒng)誤碼率和適應(yīng)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(dǎo)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(shè)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(shè)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(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)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(yùn)用優(yōu)化組合方法，給出了復(fù)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(shí)現(xiàn)簡單、頻譜利用率高

5、的優(yōu)點(diǎn)。 （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(shè)計方法，提出了新的超寬帶設(shè)計方法——直接頻域法，該方法可靈活適應(yīng)不同國家的UWB輻射限制，用此方法設(shè)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(shè)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所設(shè)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(dǎo)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(shè)計具有指導(dǎo)意義。根據(jù)理論推導(dǎo)的誤碼率公式分析和仿真實(shí)驗(yàn)

7、，均得到基于時域設(shè)計的組合脈沖和基于頻域設(shè)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(shè)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(shè)計的單脈沖適合于系統(tǒng)成本要求低、0～4米LOS信道的應(yīng)用場合；基于時域設(shè)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(yīng)用場合；升余弦脈沖和平方根升余弦脈沖適合于