超宽带通信收发机研究

【摘要】： 本论文研究了超宽带脉冲收发机的一些关键问题,包括RAKE接收机、多用户检测、相关器和延时线电路设计。 论文以M元双正交键控直接序列扩频为调制方式的脉冲超宽带通信做为研究对象,全面研究了该调制方式下的RAKE接收机的理论性能,并且进行了计算机仿真。由于这种传统的RAKE接收机在前端模拟电路中需要大量相关器单元,因此论文提出一种简化RAKE接收机。这种接收机在前端只需要较少模拟相关器单元,将RAKE接收与合并移至后端数字电路处理,从而降低对前端电路设计要求。分析和仿真证明,与传统RAKE接收机相比,简化RAKE接收机在误码率性能类似的情况下,能明显降低前端电路的复杂度。 为提高在多用户环境下的接收性能,论文基于简化RAKE接收机结构,提出了多用户RAKE接收机和最小均方误差标准的多用户检测算法。仿真表明,这两种接收机在多用户条件下性能明显优于单用户RAKE接收机。 论文对系统实现上所需要的关键电路模块也做了相应研究。相关器是一种专门用于超宽带脉冲通信信号检测的电路单元,它的功能是将输入脉冲与本地匹配脉冲进行相关运算。论文分别在SiGe BiCMOS工艺和CMOS工艺下设计了相关器电路。为对相关器的性能进行仿真和测试,我们提出双频模型。该模型解决了在没有高频脉冲源的情况下相关器的性能测试问题。由于应用于超宽带通信的相关器的两个输入端口分别为本地匹配脉冲信号和接收到的射频信号,因此它可以用一个周期时变系统描述。在此基础上,论文提出了适用于超宽带的相关器噪声模型。 延时线在接收机中的作用是将本地匹配脉冲产生延时,以供不同相关器对信号进行捕获和跟踪。我们在CMOS工艺下设计了由基本放大单元加上源级反馈网络组成的延时单元。 为对论文中的设计进行验证,我们采用SMIC 0.18μm射频和混合信号工艺对相关器和延时线进行了流片和测试。测试结果表明,电路能够进行信号相关和延时运算,基本满足设计要求。