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

1、市場需求和技術(shù)驅(qū)動使寬帶無線接入成為當(dāng)前的研究熱點。無線個域網(wǎng)(WPAN)作為最接近用戶的短距離、高速無線接入手段在未來無線通信網(wǎng)絡(luò)中將占據(jù)重要地位。目前，藍牙是WPAN應(yīng)用的主流技術(shù)，但其提供的傳輸速率還遠遠不能滿足不斷發(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、高速率無線連接的低功耗、低成本物理層技術(shù)成為必然趨勢。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100Mbits/s以上甚至1Gbits/s的傳輸速率，

2、且可以與現(xiàn)有窄帶無線系統(tǒng)很好地共存。因此，超寬帶技術(shù)被視作短距離、高速無線連接最具開發(fā)潛力的物理層技術(shù)之一。目前，超寬帶技術(shù)在短距離、高速無線連接方面的應(yīng)用還是一個嶄新的課題，許多理論問題和關(guān)鍵技術(shù)仍有待于進行深入研究。本文研究了超寬帶無線通信系統(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)。 信道模型是進行無線通信系統(tǒng)性能分析和優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計的基礎(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。實例分析表明，離散化處理對多徑信道的時延擴展、功率延遲分布等統(tǒng)計特征影響很小，而多徑衰落分布受帶寬影響會有一定程度惡化。 美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)對超寬帶信號進行了嚴(yán)格的輻射

4、功率譜密度限制(≤-41.3dBm/MHz)。如何在滿足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)計成為研究熱點。本文對已有的超寬帶脈沖成形技術(shù)進行了深入分析。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)計方法。與Hermite正交脈沖、PSWF正交脈沖相比，利用該方法設(shè)計的脈沖組具有帶寬差異小、可輻射功率高的特點，

5、有利于提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和系統(tǒng)傳輸可靠性。利用符號錯誤概率的最小距離界對脈沖間互相關(guān)引起的性能損失進行了理論分析。結(jié)果表明，脈沖間極低的互相關(guān)對波形調(diào)制系統(tǒng)性能的影響幾乎可以忽略。 超寬帶信號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接收機相關(guān)理論的基礎(chǔ)上，針對超寬帶信道密集多徑的特點，研究了存在徑間干擾時S-Rake(選擇式Rake)路徑選擇最優(yōu)化問題，給出一種簡化的

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)的基于瞬時信噪比排序的方法。為降低接收機復(fù)雜度，提出了脈寬間隔采樣Rake接收機，給出了密集多徑信道中性能分析解析式。通過計算機仿真得到了一些有指導(dǎo)意義的結(jié)論，同時分析了其性能損失。為進一步提高能量捕獲效率和接收機性能，提出了正交雙模板脈寬間隔采樣Rake接收機，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)與多天線及空時編碼技術(shù)的有效結(jié)合具有重要的理論價值。本文回顧了多天線(MIMO)與空時分組碼(STBC)的相關(guān)理論基礎(chǔ)，針對最佳實正交STBC給出并證明了三個推論。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)合最佳實正交STBC的發(fā)送分集、結(jié)合最佳實正交STBC的收發(fā)聯(lián)合分集三種天線配置時的系統(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。