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基于声表面波技术的无线通信系统的研究

周金  
【摘要】:本论文是在国家高技术研究计划(863计划)、国家自然科学基金、天津市科技发展计划科技攻关项目、天津市科技支撑重点项目等的支持下完成的。 结合课题研究的目标,对基于声表面波的无线通信系统进行了深入的理论和仿真实验研究:分别对声表面波信号处理原理、基于声表面波的超宽带无线通信系统、基于声表面波的超宽带射频识别传感系统以及基于声表面波的气体传感系统进行了研究与创新。本文将超宽带技术引入了声表面波射频识别无线通信传感系统中,使得声表面波标签达到低损耗的指标要求;并利用CDMA扩频编码和线性调频编码等方案解决声表面波射频识别系统的多标签(多传感器)复用的难题。本论文的主要内容和成果概括如下: 1、概述了超宽带无线通信、射频识别技术的发展现状和现行标准;总结了声表面波技术的发展状况,以及它在超宽带扩频通信、射频识别领域的应用现状和发展前景。阐述了声表面波技术的兴起与发展为我们后面的研究工作无论从理论上或实践上均提供了有力的技术保障。 2、概述了声表面波器件的基本结构和工作原理;对不同类型的叉指换能器和滤波器的重要参数等进行了归纳和数值计算;对若干种声表面波信号处理器的性能进行了建模与仿真:分别对线性调频声表面波发生器和非线性发生器进行了仿真性能研究;总结了以声表面波傅立叶变换为基础的扩时系统,并进行了算法仿真。声表面波信号处理技术和工艺实现为超宽带啁啾系统、超宽带多用户扩时算法、超宽带射频识别系统和气体检测系统提供理论和实施基础。 3、深入研究了基于声表面波的扩频线性调频通信系统。从互相关性、滤波器码元重复情况、码间干扰等方面对影响扩频线性调频通信系统的参数进行了数值计算与仿真,并以这些参量为变量推导了系统误码性能理论性能,同时进行了蒙特卡罗系统仿真实验。仿真结果表明实验结果与理论推导完全符合。该系统模型是啁啾扩时、扩频、多扫频啁啾率多用户超宽带系统的基础框架。 4、在超宽带线性调频扩频通信的基础上,总结了声表面波技术在超宽带无线通信的应用和发展趋势。提出基于多扫频率的超宽带多址接入方法。该方法改变了传统线性调频超宽带系统采用的对不同用户随机分配具有不同扫频率的声表面波成型器以克服多址干扰的方法,克服了在大量活动用户同时通信的环境中难以为声表面波器件随机分配扫频率的弊端。从理论上分析了基于声表面波的啁啾超宽带系统的误码性能与啁啾信号重叠的关系。为声表面波超宽带无线通信取代冲激无线电发射方式提供了有力的理论依据。针对超宽带系统中的窄带干扰,应用第二章的声表面波扩时算法抑制窄带干扰;并提出基于多扫频率的扩时编码,利用多扫频率波形良好的互相关性抑制超宽带多址干扰。进行了完整的系统建模仿真。较目前普遍使用的多用户检测无线通信系统,该系统具有成本低、复杂度低、容易实现等优点。 5、首次提出符合超宽带指标的声表面波射频识别系统,并分别研究了以扩频通信和扩频多扫频率调频为原理的声表面波标签,该系统实现了低损耗、多址接入与信号分离的宽带射频识别技术;对系统的信号处理技术进行了详尽的模型建立与仿真实验。 6、进行了基于声表面波的气体检测技术的实验研究。该实验实现了对气体的有效检测。 7、提出了利用超宽带声表面波射频识别系统进行气体传感的系统,首先建立了气体传感各参数估计算法模型,其次给出了利用估计值进行温度探测的算法。文中利用最大似然算法进行了系统仿真,给出了时延估计性能仿真实验结果。


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