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

1、超寬帶(UWB)技術(shù)是近年發(fā)展很快的一種無線通信新技術(shù)，根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì)的定義，超寬帶是指信號的-10dB相對帶寬超過20％或絕對帶寬超過500MHz。超寬帶系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，這使其被視作短距離、高(低)速無線通信最具開發(fā)潛力的物理層技術(shù)之一。超寬帶無線通信系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景，將成為未來無線泛在網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。目前，UWB在商業(yè)多媒體設(shè)備、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、無線定位、家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)、智能交通系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域的應(yīng)用前景已得到了專

2、業(yè)界的普遍認(rèn)可。因此，建立和完善超寬帶無線通信系統(tǒng)的基本理論，解決其關(guān)鍵技術(shù)，是具有非常重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義的。本論文主要對超寬帶無線通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)及UWB后續(xù)演進(jìn)問題進(jìn)行了研究，可以歸納為以下三個(gè)方面的內(nèi)容：(1)UWB脈沖波形優(yōu)化設(shè)計(jì)；(2)認(rèn)知超寬帶(CUWB)無線通信系統(tǒng)分析及架構(gòu)設(shè)計(jì)； (3)CUWB系統(tǒng)的自適應(yīng)脈沖波形設(shè)計(jì)。 本論文共分為6章，其主要內(nèi)容如下： 第1章為緒論，介紹了課題研究的背景，對

3、UWB系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)、應(yīng)用前景以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡介，并對本文的研究重點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了說明。 第2章對UWB脈沖波形設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述。介紹了UWB-IR系統(tǒng)的基本原理，通過對典型脈沖信號的功率譜分析說明了UWB脈沖波形設(shè)計(jì)的重要性，根據(jù)已有的文獻(xiàn)總結(jié)出了超寬帶成形脈沖設(shè)計(jì)的一般要求及評價(jià)指標(biāo)，并探討了幾種典型的超寬帶成形脈沖。 第3章主要介紹了一種基于扁長橢球波函數(shù)(PSWFs)的超寬帶成形脈沖優(yōu)化設(shè)計(jì)算法。首先，指出了

4、當(dāng)前脈沖優(yōu)化設(shè)計(jì)中存在的一些不足之處，并介紹了與本算法相關(guān)的理論基礎(chǔ)，主要涉及了PSWFs的相關(guān)概念、特性及其近似求解法。接著，從滿足特定輻射掩蔽規(guī)定和提高頻譜利用效率的角度出發(fā)，基于PSWFs的完備正交特性，詳細(xì)地闡述了一種應(yīng)用有限項(xiàng)PSWFs脈沖基的正交綜合來優(yōu)化設(shè)計(jì)UWB成形脈沖的新算法，并通過仿真驗(yàn)證了算法的有效性。 第4章主要闡述了一種被稱為認(rèn)知超寬帶無線通信系統(tǒng)的新型智能無線系統(tǒng)。首先，對認(rèn)知無線電進(jìn)行了概述，簡單地

5、介紹了認(rèn)知無線電的基本概念、典型的認(rèn)知循環(huán)模型及其主要的功能特性。接著，分析了認(rèn)知無線電技術(shù)與超寬帶技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行研究的必要性及可行性，給出了認(rèn)知超寬帶無線通信系統(tǒng)的定義，闡述了CUWB系統(tǒng)的基本工作原理，描述了其認(rèn)知過程，給出了簡化的系統(tǒng)認(rèn)知循環(huán)處理模型，并指出了CUWB系統(tǒng)應(yīng)具有的功能特性。然后，針對這些功能特性，對CUWB系統(tǒng)的核心功能與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后，采用分層功能抽象和跨層聯(lián)合設(shè)計(jì)相結(jié)合的方法對CUWB系統(tǒng)的整個(gè)結(jié)

6、構(gòu)框架進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)。 第5章主要介紹了一種基于干擾溫度的測量來實(shí)現(xiàn)CUWB系統(tǒng)自適應(yīng)脈沖波形的設(shè)計(jì)算法。首先對干擾溫度的概念及其譜估計(jì)方法進(jìn)行了簡單的介紹，接著從自適應(yīng)頻譜環(huán)境和兼容FCC頻譜模板的角度出發(fā)，建立了基于干擾溫度測量來動(dòng)態(tài)構(gòu)建CUWB系統(tǒng)自適應(yīng)輻射掩蔽的機(jī)制。然后，利用PSWFs函數(shù)的特性，提出了一種基于多頻帶的扁長橢球波函數(shù)基的加權(quán)線性組合來設(shè)計(jì)CUWB自適應(yīng)脈沖波形的算法。仿真結(jié)果表明，該算法所產(chǎn)生的脈沖波形