壓縮感知框架下的IR-UWB通信研究.pdf

1、IR-UWB技術(shù)無需載波,利用納秒(ns)至皮秒(ps)級的窄脈沖攜帶信息,具有頻譜寬、功率低、抗干擾能力強等諸多特點,在雷達、測距、監(jiān)控等領域應用廣泛。數(shù)字化接收機,具有靈活度高、復雜度低、易于實現(xiàn)等優(yōu)勢,是IR-UWB接收機的首選框架。但是,IR-UWB信號通常擁有上GHz的帶寬,接收機的采樣單元面臨著巨大的壓力。同時,采樣芯片的發(fā)展并不遵循摩爾定律。因此,難于“低成本、低復雜度”地實現(xiàn)IR-UWB通信。
　　新興的壓縮傳感(

2、Compressed Sensing,CS)理論,在信號處理領域,一經(jīng)提出便受到廣泛地關(guān)注。該理論表明,當一個信號具有稀疏性或者可壓縮性時,可以通過少量的信號投影值進行高精度信號重構(gòu)。同時,CS理論也為解決sub-Nyquist采樣率條件下的信號解調(diào)問題提供了新方法。IR-UWB信號在時域具有很高的稀疏度,同時多徑信道具有天然稀疏性,滿足了CS理論應用的前提條件。所以,將CS理論應用于存在信號采樣瓶頸的IR-UWB通信系統(tǒng)的方案是具有可

3、行性的。
　　本文充分利用IR-UWB信號和多徑信道的特點,在已有研究的基礎上，對CS框架下的IR-UWB通信系統(tǒng)展開深入系統(tǒng)地研究。首先從理論背景出發(fā),總結(jié)IR-UWB的關(guān)鍵技術(shù)和CS理論框架。然后,給出基于CS的IR-UWB系統(tǒng)的框架,并結(jié)合已有文獻分析了IR-UWB通信在CS框架下實現(xiàn)的可行性。本文采用“導頻輔助+BPM&M-PPM”這種信令方式,實現(xiàn)100Mbps的高速IR-UWB通信。在接收端,給出模擬前端和數(shù)字后端的具

4、體方案,詳細敘述壓縮采樣過程,在CS框架下實現(xiàn)信道估計和信號解調(diào)。在信道估計部分,引入易于實現(xiàn)的相關(guān)測量矩陣進行信道估計。針對信號解調(diào)問題,提出兩種解決方案:重構(gòu)映射法和壓縮域直接分類法。重構(gòu)映射法,雖然需要較多的測量值,但迭代次數(shù)少且誤碼率性能好。壓縮域直接分類法,無需重構(gòu)原始信號,需要的測量值少,降低硬件復雜度。本文采用OMP(正交匹配追蹤)算法對壓縮信號進行重構(gòu)。從相對誤差仿真結(jié)果看,相關(guān)測量矩陣的引入,提高了多徑信道估計性能。從