超寬帶無線通信信號(hào)PSD研究及脈沖波形設(shè)計(jì).pdf

1、隨著無線多媒體業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng)，短程高速無線通信已經(jīng)成為未來通信技術(shù)的重要發(fā)展方向之一，市場(chǎng)需要一種技術(shù)來解決高速網(wǎng)絡(luò)接入需求與擁擠的頻譜資源分配之間的矛盾，超寬帶(UWB，ultra-wideband)通信以其速率高、容量大、成本低及功耗小等特點(diǎn)成為備受關(guān)注的重要解決方案。目前超寬帶技術(shù)統(tǒng)一的商用體制標(biāo)準(zhǔn)還沒有出臺(tái)，如果要制定合理的UWB技術(shù)規(guī)范，必須綜合考慮很多技術(shù)問題，如調(diào)制技術(shù)、信道編碼技術(shù)等。根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)的規(guī)定，超寬帶

2、室內(nèi)通信系統(tǒng)可以使用3.1至10.6GHz這個(gè)頻段，對(duì)于脈沖超寬帶系統(tǒng)，如果采用不合適的脈沖波形，在數(shù)據(jù)速率高、情況復(fù)雜的無線通信環(huán)境中，接收端將難以正常接收信號(hào)，無法保證系統(tǒng)的性能，更重要的是其他無線系統(tǒng)的正常工作也會(huì)受到干擾。要解決以上問題，在調(diào)制技術(shù)、發(fā)射功率、脈沖波形等方面必須進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。
　　 本文對(duì)超寬帶系統(tǒng)的調(diào)制方法、信號(hào)頻域分布和脈沖波形設(shè)計(jì)展開研究，具體工作和取得成果如下：
　　 (1)超寬帶通信的調(diào)

3、制技術(shù)研究：首先簡(jiǎn)略介紹常用于超寬帶脈沖無線電的基本脈沖，即高斯脈沖及其各階導(dǎo)數(shù)，給出時(shí)頻域波形仿真及脈沖序列的一般表達(dá)式；其后討論超寬帶脈沖無線電通信數(shù)據(jù)調(diào)制方式，主要是PPM和PAM兩種；之后對(duì)脈沖無線電通信的多址調(diào)制技術(shù)，特別是跳時(shí)和直接序列擴(kuò)頻技術(shù)進(jìn)行討論；著重討論脈沖無線電目前比較熱門的TH-PPM、TH-PAM和DS-UWB的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，并分別進(jìn)行發(fā)射端建模仿真，給出信號(hào)仿真結(jié)果；最后簡(jiǎn)單介紹多頻帶超寬帶調(diào)制技術(shù)原理，并進(jìn)

4、行相應(yīng)發(fā)射機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)。
　　 (2)典型超寬帶脈沖信號(hào)功率譜密度表達(dá)式推導(dǎo)、頻域分析及仿真：首先從隨機(jī)理論出發(fā)，研究隨機(jī)過程功率譜密度；分析數(shù)字基帶信號(hào)隨機(jī)特性，得到其本質(zhì)是周期性平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，并將其等效于一階馬爾可夫鏈，推導(dǎo)出功率譜密度表達(dá)式。其后分別分析兩種受到業(yè)界重視的超寬帶信號(hào)，即TH-PPM和DS-UWB信號(hào)的隨機(jī)性，得到它們都屬于非平穩(wěn)過程，具有周期平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)特性，并在該理論基礎(chǔ)之上詳細(xì)推導(dǎo)出各自功率譜密度表達(dá)式，

5、填補(bǔ)了相應(yīng)文獻(xiàn)資料上的空白。對(duì)于前者的跳時(shí)情況，利用概率密度函數(shù)描述其隨機(jī)特性，推導(dǎo)出相應(yīng)的功率譜密度解析式。對(duì)于DS-UWB信號(hào)，由于后面分析功率譜密度影響因素的需要，在推導(dǎo)功率譜密度過程中對(duì)體現(xiàn)信號(hào)隨機(jī)特性部分的頻譜保留了完整形式。隨后分析超寬帶信號(hào)頻域分布的影響因素，得到的結(jié)論是：對(duì)功率譜分布的控制可以通過對(duì)已調(diào)序列特性、脈沖重復(fù)頻率和發(fā)射脈沖能量譜密度的設(shè)計(jì)得到實(shí)現(xiàn)。其后通過一系列仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)該結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，研究超寬帶通信

6、系統(tǒng)對(duì)窄帶系統(tǒng)的干擾，分析影響受擾窄帶無線系統(tǒng)功率的因素，得到設(shè)計(jì)合適的超寬帶脈沖信號(hào)波形，能夠控制干擾、解決共存問題。
　　 (3)超寬帶脈沖信號(hào)波形的優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真：首先基于超寬帶系統(tǒng)共存問題，介紹系統(tǒng)發(fā)射功率掩蔽的有關(guān)規(guī)定，并運(yùn)用數(shù)值逼近理論提出兩種新的符合功率掩蔽要求、可降低超寬帶系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)存無線系統(tǒng)的干擾、具有較高頻譜利用率的超寬帶脈沖波形設(shè)計(jì)方法。頻率采樣脈沖波形設(shè)計(jì)法源于數(shù)值逼近理論插值法，所得脈沖波形有確定解析式；