脈沖超寬帶的TOA方法研究.pdf

1、脈沖超寬帶(IR-UWB, Ultra Wide Band Impulse Radio)通信技術(shù)采用直接發(fā)射納秒級(jí)、亞納秒級(jí)的極窄脈沖來傳輸信息,具有傳輸速率高、安全性好、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穿透能力強(qiáng)、低功耗、測(cè)距和定位精度高等優(yōu)點(diǎn),理論測(cè)距精度可達(dá)厘米級(jí),在軍事和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景,被認(rèn)為是未來短距離高速無線通信與測(cè)距定位系統(tǒng)的最佳解決方案和下一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一,正在迅速成為無線通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
　　隨著無線通

2、信網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展以及用戶對(duì)業(yè)務(wù)種類需求的提高,無線通信網(wǎng)中的測(cè)距和定位功能顯得越來越重要。傳統(tǒng)的幾種定位技術(shù),例如:GPS定位、基于蜂窩網(wǎng)無線定位(Cell ID定位)等,各有不同的優(yōu)勢(shì)和局限性。脈沖超寬帶技術(shù)由于其固有的眾多優(yōu)點(diǎn),因此基于脈沖超寬帶的測(cè)距與定位具有傳統(tǒng)定位方式無法比擬的優(yōu)勢(shì)。
　　由于超寬帶信號(hào)帶寬非常寬,傳輸信號(hào)畸變大,傳統(tǒng)的基于相干檢測(cè)取得同步與TOA估計(jì)的方法是不可行的。而且,當(dāng)首達(dá)路徑不是最強(qiáng)路徑時(shí),T

3、OA估計(jì)精度受到限制。因此,非相干能量檢測(cè)的方法以其簡(jiǎn)單性、低采樣率和不需要精確定時(shí)同步而受到人們的青睞。本文在簡(jiǎn)要介紹超寬帶無線通信系統(tǒng)的基本原理、技術(shù)特點(diǎn)及其信道模型等知識(shí)的基礎(chǔ)上,以提高測(cè)距精度和降低系統(tǒng)的復(fù)雜度為目的,主要針對(duì)非相干能量檢測(cè)TOA估計(jì)算法進(jìn)行了研究。重點(diǎn)完成了以下兩方面的內(nèi)容:
　　首先,改進(jìn)了文獻(xiàn)[1]中基于能量檢測(cè)的粗同步判決準(zhǔn)則,采用最大值/門限法來實(shí)現(xiàn)超寬帶信號(hào)的粗同步和以向前合并積分窗的方式來確定

4、包含首達(dá)路徑的不定域。然后,重點(diǎn)研究應(yīng)用滑窗法來進(jìn)行精確TOA估計(jì),給出了滑窗法適宜的積分窗長(zhǎng)度范圍和最佳相鄰積分窗起始點(diǎn)間隔等重要參數(shù),并提出運(yùn)用二次滑窗處理,來解決滑窗法進(jìn)行精確TOA估計(jì)時(shí)需要大量積分器的問題。
　　仿真結(jié)果表明,二次滑窗法取得了與滑窗法積分器數(shù)目足夠多時(shí)十分接近的估計(jì)精度,大大減少積分器的數(shù)目。二次滑窗法,以簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了滑窗法精確的TOA估計(jì),有利于設(shè)備的微型化。與其它幾種基于能量檢測(cè)的測(cè)距算法相