超寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、市場(chǎng)需求和技術(shù)驅(qū)動(dòng)使寬帶無(wú)線(xiàn)接入成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)(WPAN)作為最接近用戶(hù)的短距離、高速無(wú)線(xiàn)接入手段在未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中將占據(jù)重要地位。目前，藍(lán)牙是WPAN應(yīng)用的主流技術(shù)，但其提供的傳輸速率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足不斷發(fā)展的寬帶多媒體業(yè)務(wù)的需求。因此，研究新型的適合于短距離、高速率無(wú)線(xiàn)連接的低功耗、低成本物理層技術(shù)成為必然趨勢(shì)。研究表明，利用超寬帶技術(shù)可以在10米距離內(nèi)提供高達(dá)100Mbits/s以上甚至1Gbits/s的傳輸速率，

2、且可以與現(xiàn)有窄帶無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)很好地共存。因此，超寬帶技術(shù)被視作短距離、高速無(wú)線(xiàn)連接最具開(kāi)發(fā)潛力的物理層技術(shù)之一。目前，超寬帶技術(shù)在短距離、高速無(wú)線(xiàn)連接方面的應(yīng)用還是一個(gè)嶄新的課題，許多理論問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)仍有待于進(jìn)行深入研究。本文研究了超寬帶無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中物理層的一些關(guān)鍵技術(shù)，主要工作涉及信道模型、脈沖成形技術(shù)、瑞克接收技術(shù)和空間分集技術(shù)。 信道模型是進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。本文在前人工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)了超寬帶信

3、道的傳播特征，介紹了典型超寬帶信道模型。為了得到與具體系統(tǒng)帶寬相匹配的信道模型，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)性能的仿真分析，研究了IEEE802.15.3a多徑信道的離散化問(wèn)題。提出了基于帶通抽樣的多徑信道離散化方法和基于A-Rake(全瑞克)思想的多徑信道離散化方法。實(shí)例分析表明，離散化處理對(duì)多徑信道的時(shí)延擴(kuò)展、功率延遲分布等統(tǒng)計(jì)特征影響很小，而多徑衰落分布受帶寬影響會(huì)有一定程度惡化。 美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)對(duì)超寬帶信號(hào)進(jìn)行了嚴(yán)格的輻射

4、功率譜密度限制(≤-41.3dBm/MHz)。如何在滿(mǎn)足FCC輻射要求的前提下提高系統(tǒng)可輻射功率和系統(tǒng)容量是超寬帶脈沖成形技術(shù)需要解決的難題。利用正交脈沖進(jìn)行高階波形調(diào)制是提高系統(tǒng)容量的有效手段，因此正交脈沖設(shè)計(jì)成為研究熱點(diǎn)。本文對(duì)已有的超寬帶脈沖成形技術(shù)進(jìn)行了深入分析。在此基礎(chǔ)上，提出了一種適用于波形調(diào)制系統(tǒng)的準(zhǔn)正交脈沖設(shè)計(jì)方法。與Hermite正交脈沖、PSWF正交脈沖相比，利用該方法設(shè)計(jì)的脈沖組具有帶寬差異小、可輻射功率高的特點(diǎn)，

5、有利于提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和系統(tǒng)傳輸可靠性。利用符號(hào)錯(cuò)誤概率的最小距離界對(duì)脈沖間互相關(guān)引起的性能損失進(jìn)行了理論分析。結(jié)果表明，脈沖間極低的互相關(guān)對(duì)波形調(diào)制系統(tǒng)性能的影響幾乎可以忽略。 超寬帶信號(hào)具有極高的多徑分辨能力，利用瑞克(Rake)接收技術(shù)可以有效地提高系統(tǒng)傳輸可靠性。本文在歸納總結(jié)Rake接收機(jī)相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，針對(duì)超寬帶信道密集多徑的特點(diǎn)，研究了存在徑間干擾時(shí)S-Rake(選擇式Rake)路徑選擇最優(yōu)化問(wèn)題，給出一種簡(jiǎn)化的

6、次最優(yōu)路徑選擇算法。仿真結(jié)果表明，文中給出的次最優(yōu)路徑選擇算法優(yōu)于傳統(tǒng)的基于瞬時(shí)信噪比排序的方法。為降低接收機(jī)復(fù)雜度，提出了脈寬間隔采樣Rake接收機(jī)，給出了密集多徑信道中性能分析解析式。通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到了一些有指導(dǎo)意義的結(jié)論，同時(shí)分析了其性能損失。為進(jìn)一步提高能量捕獲效率和接收機(jī)性能，提出了正交雙模板脈寬間隔采樣Rake接收機(jī)，并給出密集多徑信道中的性能分析解析式。仿真結(jié)果表明：采用正交雙模板可以顯著提高Rake接收機(jī)性能，有效地縮

7、短與最優(yōu)Rake的性能差距。 探討超寬帶技術(shù)與多天線(xiàn)及空時(shí)編碼技術(shù)的有效結(jié)合具有重要的理論價(jià)值。本文回顧了多天線(xiàn)(MIMO)與空時(shí)分組碼(STBC)的相關(guān)理論基礎(chǔ)，針對(duì)最佳實(shí)正交STBC給出并證明了三個(gè)推論。在此基礎(chǔ)上，將MIMO與脈寬間隔采樣S-Rake接收技術(shù)相結(jié)合，分別給出了接收分集、結(jié)合最佳實(shí)正交STBC的發(fā)送分集、結(jié)合最佳實(shí)正交STBC的收發(fā)聯(lián)合分集三種天線(xiàn)配置時(shí)的系統(tǒng)模型，推導(dǎo)了三種系統(tǒng)在頻率選擇性信道中的理論性能。