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超宽带无线通信关键技术研究

贺鹏飞  
【摘要】: 超宽带(Ultra-Wideband,UWB)无线通信技术以其高速率、低功耗、低成本、隐蔽性好、定位精度高等突出优点,在数字家庭网、无线个域网、智能交通系统、探测与成像系统等诸多领域展示着广泛的应用前景,正在迅速成为学术界、企业界和有关标准化组织关注和研究的热点。 目前,尽管已经有一些UWB无线通信的产品问世,但离真正的实用化尚有一定的距离,在技术上还有一些问题有待解决。本文重点研究了UWB无线通信系统物理层的关键技术,创新点包括以下几个方面: 1.提出了基于线性调频(Chirp)信号压缩体制的脉冲UWB波形设计的新方法。利用Chirp信号匹配滤波后的压缩特性和Fourier变换的线性特性,将不同频段上的Chirp压缩脉冲叠加,理论上可获得满足室外FCC频谱模板且频谱利用率高达83.33%的短时UWB脉冲;通过选择Chirp信号的频段,得到了能够抑制UWB系统与WLAN 802.11a通信系统之间的同频干扰,且频谱利用率为73.30%的短时UWB脉冲。该方法具有频率、带宽的灵活可控性,适用于不同国家的UWB频谱规划方案。 2.对多用户椭球波函数(PSWF)脉冲UWB正交波形设计方法进行了改进。通过选择多个频带上的PSWF波形的叠加,获得了能够抑制窄带同频干扰的脉冲UWB波形;通过Gram-Schmidt正交化过程保证多用户脉冲的正交性的同时,将脉冲的频谱利用率由39%提高到43.51%。 3.首次将线性调频扩频技术(CSS)用于高速UWB无线通信,提出了CSS-BOK UWB和CSS-π/4-DQPSK UWB无线通信系统的设计方案。发射机通过超宽带Chirp信号扩频获得扩频增益,接收机通过多个SAW滤波器实现最大比率合并(MRC)选择性分集(S—Rake)接收。系统采用无源SAW器件实现,具有低功耗、低复杂度的特点;理论分析和计算机仿真结果说明:Chirp信号良好的自相关性和匹配滤波特性使得CSS UWB无线通信系统具有良好的抗多径效应的能力。 4.采用低成本、低功耗、低复杂度的模拟SAW Chirp-Fourier变换处理器替代MB-OFDM UWB接收机中的高成本、高功耗的数字信号处理芯片实现快速傅立叶变换(FFT)。针对MB-OFDM UWB标准建议中的系统参数,提出了基于100%工作周期的M-C-MSAW Chirp-Fourier变换的多带OFDM UWB接收机方案,描述了信号的变换过程。仿真结果表明,在IEEE 802.15SG3a给出的室内UWB信道模型下,基于模拟SAW Chirp-Fourier变换的MB-OFDM UWB接收机与全数字接收机误码率性能相同。


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