超寬帶無線通信系統(tǒng)中若干關鍵技術的研究.pdf

1、市場需求和技術驅動使寬帶無線接入成為當前的研究熱點。無線個域網(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絡中將占據重要地位。目前，藍牙是WPAN應用的主流技術，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、低成本物理層技術成為必然趨勢。研究表明，利用超寬帶技術可以在10米距離內提供高達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)潛力的物理層技術之一。目前，超寬帶技術在短距離、高速無線連接方面的應用還是一個嶄新的課題，許多理論問題和關鍵技術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)中物理層的一些關鍵技術，主要工作涉及信道模型、脈沖成形技術、瑞克接收技術和空間分集技術。 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)設計的基礎。本文在前人工作的基礎上，總結了超寬帶信

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需要解決的難題。利用正交脈沖進行高階波形調制是提高系統(tǒng)容量的有效手段，因此正交脈沖設計成為研究熱點。本文對已有的超寬帶脈沖成形技術進行了深入分析。在此基礎上，提出了一種適用于波形調制系統(tǒng)的準正交脈沖設計方法。與Hermite正交脈沖、PSWF正交脈沖相比，利用該方法設計的脈沖組具有帶寬差異小、可輻射功率高的特點，

5、有利于提高網絡覆蓋范圍和系統(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引起的性能損失進行了理論分析。結果表明，脈沖間極低的互相關對波形調制系統(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)接收技術可以有效地提高系統(tǒng)傳輸可靠性。本文在歸納總結Rake接收機相關理論的基礎上，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意義的結論，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。 探討超寬帶技術與多天線及空時編碼技術的有效結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)的相關理論基礎，針對最佳實正交STBC給出并證明了三個推論。在此基礎上，將MIMO與脈寬間隔采樣S-Rake接收技術相結合，分別給出了接收分集、結合最佳實正交STBC的發(fā)送分集、結合最佳實正交STBC的收發(fā)聯(lián)合分集三種天線配置時的系統(tǒng)模型，推導了三種系統(tǒng)在頻率選擇性信道中的理論性能。