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基于解码中继的IR-UWB技术的研究

舒智慧  
【摘要】:超宽带无线通信系统具有低成本、低功耗、低复杂度、高数据速率、抗干扰能力强等特性,使得其无论在学术界还是产业界,都是近年来无线通信领域的研究热点,这些特性也使得超宽带技术成为一种短距离无线通信的可行技术。但是,由于超宽带信号的频谱范围和已有的窄带设备之间有重叠,FCC对超宽带的发射功率作了严格的限制规定。为了能在限定的发射功率下获得期望的性能,国内外学者进行了大量的研究,提出了许多方案,其中有一种方案是利用MIMO技术和IR-UWB技术的结合。将MIMO技术用于IR-UWB系统,取得了可观的空间和频率分集,极大地改善了IR-UWB的性能,如BER,覆盖半径和能耗。但是由于IR-UWB终端受体积、功耗、工艺等多方面的限制,很难实现在IR-UWB终端上安置相互独立的多天线。为了解决此问题,本文IR-UWB系统中引入了解码中继协作模式,使单天线IR-UWB终端间形成了虚拟的MIMO系统。 本文首先介绍了IR-UWB系统的基本技术原理,并对UWB的高斯脉冲,信号产生等做了详细的描述,分析了IR-UWB的优势。其次,深入描述和分析了协作分集技术,及其原理。最后,将解码中继协作模式引入IR-UWB系统,形成虚拟的MIMO-UWB系统,使得单天线的IR-UWB终端也可以取得MIMO-UWB性能。本文对IEEE802.15.3a信道模型进行了研究,但是该信道只适用于蒙特卡洛仿真,不能用该信道推出非协作和协作IR-UWB系统误比特率的理论闭合解。为了推导出闭合解,用高斯分布和对数正态分布分别拟合了对数正态随机变量和的分布,比较得到在CM1信道中,对数正态分布的拟合效果比较好,再利用对数正态随机变量的和近似服从对数正态分布的特性,推导出了非协作和解码中继协作IR-UWB系统误比特率的理论闭合解。其中,协作系统的协作节点被分别放在固定点,收发机中点和最优位置处,从MATLAB仿真结果上看,引入解码中继的协作IR-UWB系统与非协作的IR-UWB系统相比,在BER,覆盖半径,和总的能耗等性能上有了显著的改善,如协作节点在最优位置处时,BER改善达到4dB,覆盖半径提升将达到6m,耗约节约18.5%。


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