脈沖超寬帶通信的欠采樣方法研究.pdf

1、模擬信號的數字化采樣是現(xiàn)代數字通信理論的基礎，由于脈沖超寬帶（UWB）信號的帶寬非常大（=500MHz），對其進行數字化采樣需要設計數GHz采樣率的模數轉換器（ADC），但局限于目前的半導體集成電路技術工藝水平，這樣高采樣率的ADC是無法大規(guī)模、低成本、低功耗生產的，因而探索超寬帶通信中低于奈奎斯特率的采樣和重建算法，以及研究超寬帶數字接收機的設計方法，具有重要的實用價值。本文分為五個部分：
　　 第一章回顧和總結了超寬帶無線電

2、的研究背景，探討了脈沖超寬帶無線通信系統(tǒng)設計中存在的挑戰(zhàn)，以及降低前端ADC采樣率的方法，從脈沖超寬帶信號的技術特性對于采樣、重建和數字接收機設計方法的影響出發(fā)，指明了本文的研究動機和出發(fā)點。
　　 第二章結合現(xiàn)代無線通信技術向超寬帶發(fā)展的趨勢，針對UWB數字接收機設計中需要使用采樣率達到數GHz的高速ADC這一難題，闡述了當前ADC器件的局限性，指出了現(xiàn)有欠采樣方法的缺陷，然后具體分析了本文所采用的欠采樣方法并對其進行了改進。

3、
　　 第三章針對非帶限沖激串信號的采樣問題，使用sinc采樣核函數對沖激串信號進行預濾波，然后通過理論分析得出所需要的最低采樣頻率為信號新息率，由此提出了一種最小二乘零化濾波重建算法；在沖激信號個數較大或者信號受到噪聲影響的情況下，最小二乘零化濾波重建算法的性能惡化，因此本文進一步提出了一種奇異值分解（SVD）重建算法，以獲得理想的重建性能。理論分析和仿真證明，本文算法能夠以遠遠低于奈奎斯特率的速率進行采樣和重建原始沖激串信號

4、，并具有良好的抗噪聲性能。
　　 第四章研究了脈沖超寬帶信號的欠奈奎斯特率采樣、波形重建和參數估計問題。首先，在第三章提出的非帶限信號低通采樣和重建算法的基礎上，通過對脈沖超寬帶信號的頻譜進行分析，提出了一種帶通欠采樣方法，該方法所要求的采樣率與信號帶寬沒有直接關系，僅與信號新息率和帶通濾波器特性相關，低于奈奎斯特率1個數量級；其次，基于欠采樣得到的離散時間UWB信號，提出了兩種信號參數估計算法，一種是總體最小二乘（TLS）算法

5、，另一種是旋轉不變技術參數估計（ESPRIT）算法，這兩種算法都可以準確地估計出脈沖信號的幅度和時移參數，比較而言，ESPRIT算法在低信噪比條件下具有更好的參數估計性能；通過將估計出的脈沖串信號與高斯單脈沖波形進行卷積，完成超寬帶信號的波形重建；最后在超寬帶硬件測試平臺上進行了實驗，驗證了本文所提出的采樣、波形重建和參數估計算法的有效性。
　　 第五章提出了一種基于頻域采樣技術的超寬帶數字接收機設計方法。首先，針對脈沖超寬帶信

6、號具有非常大的帶寬這一特性，提出了一種在頻域利用模擬濾波器組和多個ADC對脈沖超寬帶信號并行采樣的方法，從理論上推導出所需要的ADC數量，分析了頻域并行采樣方法的量化噪聲，給出了多個ADC之間的最優(yōu)化比特分配算法。然后針對并行采樣得到的頻域數字信號，給出了完整的頻域信號接收方法，包括頻域同步、頻域信道估計和頻域解調算法。理論分析和仿真證明，本文所提出的頻域采樣超寬帶數字接收機，可以顯著地降低系統(tǒng)對前端ADC采樣速率的要求，并具有與傳統(tǒng)時