脈沖超寬帶同步技術(shù)的研究.pdf

1、同步技術(shù)是通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)于脈沖無線電超寬帶系統(tǒng)則更是如此。其一、寬帶導(dǎo)致時(shí)間搜索域上的高分辨率，因而為捕獲過程帶來更大的搜索區(qū)域；另外極低占空比的窄脈沖可能引起多徑，在超寬帶接收機(jī)端可能會(huì)有多于一個(gè)的多徑滿足同步要求引起誤判。其二、由于收發(fā)端存在不可避免的時(shí)鐘頻偏，將為接收系統(tǒng)引入顯著的誤碼率。其三、現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法不能滿足分布式超寬帶網(wǎng)絡(luò)的同步精度和網(wǎng)絡(luò)開銷等要求。針對(duì)密集多徑條件下的超寬帶同步困難的問題，研究了超寬

2、帶同步技術(shù)，包括物理層捕獲、頻偏估計(jì)、網(wǎng)絡(luò)層時(shí)鐘同步和超寬帶平臺(tái)的同步算法驗(yàn)證等四個(gè)方面。
　　建立了脈沖無線電超寬帶系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，研究了脈沖無線電超寬帶系統(tǒng)的接收模式。從理論上對(duì)常用的三種接收模式基于發(fā)送相關(guān)、基于能量檢測(cè)和基于相關(guān)檢測(cè)進(jìn)行了深入的分析和比較。詳細(xì)分析了衡量同步捕獲性能的兩個(gè)重要參數(shù)：平均捕獲時(shí)間和虛警檢測(cè)率，仿真對(duì)比了在 IEEE提供的四種超寬帶信道模型下不同接收模式的平均捕獲時(shí)間和虛警檢測(cè)率等同步性能指標(biāo)。

3、
　　提出了一種采用變步長(zhǎng)搜索策略的快速捕獲算法。傳統(tǒng)的采用非連續(xù)跳躍式搜索的快速捕獲算法主要是針對(duì)于捕獲時(shí)間的改進(jìn)，其跳躍式搜索引起較大的失捕獲概率。針對(duì)這個(gè)問題，提出了一種改進(jìn)失捕獲概率和平均捕獲時(shí)間的快速捕獲算法，變步長(zhǎng)算法(Variable Step Algorithm，VSA)。從理論上推導(dǎo)了平均捕獲時(shí)間和失捕獲概率的公式，為研究變步長(zhǎng)捕獲算法的同步性能提供了理論依據(jù)。仿真比較了該算法與經(jīng)典快速捕獲算法的同步性能，仿真表

4、明，變步長(zhǎng)算法具有跳躍式搜索的特點(diǎn)，因此能夠?qū)⑺阉鲄^(qū)域大幅度的減小，有助于減小平均捕獲時(shí)間。并且該方案能夠改善跳躍式搜索算法的失捕獲情況。
　　其次，提出了一種采用分?jǐn)?shù)域輔助的頻偏估計(jì)方法。鑒于頻偏對(duì)超寬帶系統(tǒng)的重要影響，提出了采用切普信號(hào)作為特殊的幀同步脈沖來估計(jì)系統(tǒng)頻偏。通過對(duì)切普信號(hào)頻偏特性的理論分析，證明頻偏不會(huì)影響切普信號(hào)在分?jǐn)?shù)域上收斂的特性，切普信號(hào)是非常適合作為頻偏系統(tǒng)的幀同步脈沖。并且提出了一種全新的采用分?jǐn)?shù)域輔助

5、的頻偏估計(jì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心是分?jǐn)?shù)域輔助的頻偏估計(jì)算法，算法包括時(shí)域和分?jǐn)?shù)域兩部分，通過在超寬帶信號(hào)上疊加切普信號(hào)并且通過選擇適當(dāng)?shù)姆謹(jǐn)?shù)域達(dá)到估計(jì)系統(tǒng)頻偏的目的。在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了利用切普信號(hào)進(jìn)行超寬帶脈沖的捕獲預(yù)測(cè)方案。對(duì)提出算法的頻偏估計(jì)性能進(jìn)行了仿真分析，其估計(jì)偏差接近最大似然的克拉美勞界。并且仿真比較了正常捕獲和分?jǐn)?shù)域捕獲預(yù)測(cè)的同步性能，證明后者的捕獲時(shí)間可以得到改善。
　　然后，提出了一種適合于超寬帶分布式網(wǎng)

6、絡(luò)的時(shí)鐘同步算法。通過分析超寬帶分布式網(wǎng)絡(luò)的物理層特點(diǎn)，得出現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步算法無法滿足同步精度、網(wǎng)絡(luò)開銷等要求的結(jié)論，提出了雙線估計(jì)算法(Dual Line Estimation Algorithm，DLEA)，該算法能夠提供時(shí)鐘頻偏的估計(jì)，能夠考慮多次時(shí)延測(cè)量的結(jié)果，并且是基于成對(duì)模式。雙線估計(jì)法包括數(shù)據(jù)搜集和頻偏、時(shí)偏估計(jì)兩部分，最后根據(jù)頻偏和時(shí)偏的估計(jì)結(jié)果調(diào)整本地時(shí)鐘。仿真證明，雙線估計(jì)法的時(shí)鐘同步精度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的時(shí)鐘同步算