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《北京邮电大学》 2007年
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UWB-OFDM系统中若干关键技术的研究

李长青  
【摘要】: 由于现实工作、生活和娱乐中对高质量、高速率数字多媒体业务的需求不断地增长,驱动着更高通信速率的通信方式出现,UWB技术是目前唯一能够满足这些要求的一种高速、短距离无线通信技术,与现有的和新近出现的无线技术相比,UWB技术的一些性能优势是显而易见的,它是一种高速率、低成本、低功耗的颇具潜力的物理层技术。在多带OFDM联盟(MBOA)的支持下,几乎所有著名的半导体、消费电子终端设备、个人计算机以及移动设备的生产厂家都把多带OFDM方案(MB-OFDM,也叫UWB-OFDM)作为UWB的最佳解决方案。UWB-OFDM拥有很多技术优势,它基于多带OFDM调制技术,它把UWB频谱分成很多子带,每个子带500MHz左右。目前,UWB-OFDM技术在短距离、高速无线连接方面的应用还是一个崭新的课题,许多理论问题和关键技术仍有待于进行深入研究。 本文对已成为IEEE 802.15.3a高速WPAN事实标准的UWB-OFDM技术进行了比较全面地阐述,同时将它与DS-UWB技术进行了相关比较。研究了UWB-OFDM无线通信系统中物理层的一些关键技术,主要工作涉及UWB-OFDM信道模型、UWB-OFDM系统盲符号定时同步以及UWB-OFDM系统的多速率设计等。 UWB技术主要有两种实现方式。最初的UWB是通过脉冲方式实现的,它发射持续时间极短、带宽为几个GHz的基带脉冲,数据调制使用PAM或PPM;最近一种实现UWB技术的新方法是多带方法,它将3.1~10.6GHz的UWB频带分成许多带宽大于500MHz的子带,每个子带用OFDM调制。在第二章中,介绍了UWB-OFDM系统的基本理论与结构,并将它与DS-UWB系统在许多方面进行相关比较,包括频宽取舍、覆盖范围、接收机复杂度、抗多径特性、共存性及行业支持等等。UWB-OFDM解决方案比DS-UWB解决方案更适合于高速UWB通信系统;而DS-UWB方案更适用于低速WPAN应用。 信道建模的目的是为了了解UWB设备所处的信道的传播特性,有助于实现一个有效的高速UWB通信系统。UWB信道建模必须在简单模型与对信道精确描述两方面作权衡折衷。在第3章中,本文在前人工作的基础上,总结了超宽带信道的传播特征,介绍了典型超宽带信道模型。为了得到与具体系统带宽相匹配的信道模型,研究了IEEE802.15.3a多径信道的离散化问题,分析了使用该模型时存在的问题,并基于抽样率转换理论提出两种较为合理的带通UWB信道设计方案,该方案最大程度地保持了UWB信道的在不同频段的信道特性。然后将该方案应用于UWB-OFDM系统,给出了UWB-OFDM系统信道模型的统计特征,最后的计算结果表明这种设计方法极好地保持了UWB信道相应频段的本质。本文的带通UWB信道设计方法加上Intel提供的低通型信道设计方法,构成了完整的UWB信道设计方案。 在第4章中,提出一种适合于UWB-OFDM系统的符号盲同步方法。该方法是基于UWB-OFDM符号中的零前缀ZP功率出现规律性的分布特性,利用滑动窗能量检测的办法来进行符号同步。研究了高斯信道、瑞利信道和UWB信道下的符号同步方法,并详细分析了瑞利信道和UWB信道下接收信号的能量分布特性。为了提高同步性能,设计了多滑动窗方法代替双滑动窗方法。计算机仿真分析表明该方法无论在高斯信道、瑞利信道还是UWB信道下都具有优异的性能。 美国联邦通信委员会(FCC)对超宽带信号进行了严格的辐射功率谱密度限制(≤-41.3dBm/MHz),如何充分利用UWB系统可辐射功率是需要解决的难题。在第5章中,提出了一种UWB-OFDM系统的改进方案,该方案在不改变现有的IEEE802.15.3a标准和系统复杂度的情况下支持多速率业务。针对该方案提出了两种多速率实现方式和相应的多速率检测方法,它们是基于统计独立的信源重复后具有极好的相关性这一特点来实现的。多速率设计提高了UWB-OFDM系统支持不同数据速率业务的能力。对UWB-OFDM系统而言,牺牲丰富的带宽来换取误码率下降,或者发射功率下降,或者提高系统的通信范围都是容易理解的。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN919.72

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