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超宽带通信系统接收机关键技术研究

窦峥  
【摘要】: 高速宽带中短距离无线通信是当今通信领域最热门也最为重要的一个着眼点。超宽带无线电(Ultra-wide Bandwidth Radio,UWB radio)作为新兴无线通信技术,因其本质及所拥有的诸多优越特性,必将会带来新的通信技术革命和全新产业及其产品的浪潮。由于UWB无线电的信道传播环境相当复杂,不仅有背景热噪声,而且还有冲激噪声、窄带干扰、多址干扰、多径衰减、色散以及其它数字通信系统产生的干扰等等,这些因素都对UWB无线电系统性能产生严重影响。因此,本论文针对复杂电磁环境下的UWB无线电系统接收机性能进行了以下研究。 第一,论文在分析窄带干扰的特性,及其对接收机性能的影响,从理论上讨论常见的几种相对“窄带”信号对接收机的影响,并给出接收机性能的数学表达式,通过修改和调整一些关键参数来优化接收机设计,达到抑制窄带干扰的目的的基础上,总结了现有MMSE-RAKE接收机的结构和模型,及其对窄带干扰抑制的一些弱点和限制。结合经典线性滤波理论和滤波算法理论提出一种基于双边输入输出横向滤波算法的预滤波器结合MMSE-RAKE的新接收机模型。论文建立了接收机性能仿真的模型,讨论系统仿真的若干假设和具体参数的选择,对不同窄带干扰信号和强度条件下接收机的性能进行了定性和定量仿真和计算。仿真结果表明:应用预滤波器加合理的MMSE-RAKE接收机结构的方法可以提高系统抑制窄带干扰的能力,提高系统的抗干扰性能,较传统的超宽带接收机有一定的性能提高,而且具有工程实现意义。 第二,论文在对AWGN、频率选择性信道、存在ISI影响条件下接收机的数学模型及结构讨论的基础上,对UWB最佳接收机的结构及数学模型进行了深入分析和归纳总结,指出了信道估计对提高接收机性能设计的重要性。论文结合接收信号的高阶统计特性,提出了一种基于接收信号的协方差匹配算法对传输信道进行盲估计。论文从归一化均方误差的变化角度讨论和仿真了算法的性能,同时,定量分析了应用该估计算法的多用户接收机的检测性能,对影响系统性能的关键参数如数据的长度、SNR、用户数量等在论文中也进行了分析、推导和仿真。为比较新算法的性能,论文同时分析和推导了转换法、ML-DA、ML-NDA估计算法的原理和性能的表达式,并给出了性能比较的仿真。结果表明:应用协方差匹配算法能够准确的估计信道的重要参量,提高系统的性能,并比较转换运算法的性能有所提高。而且,在多址环境下,特别是在采样样本的bit数较多时,协方差匹配法较基于ML的信道估计算法性能有较大提高。 第三,论文选择middletonA作为脉冲噪声的研究模型,利用该噪声的互存特性,提出了一种用于脉冲噪声信道下的UWB无线电接收机的新结构,并且推导出了该新接收机的平均BER作为信噪比和门限值函数的表达式。在理论基础上,进一步研究了最优门限值V_(best)的选取与系统性能之间的关系。论文具体论证了冲激指数与接收机性能的关系,对冲激噪声环境下采用新接收机和传统接收机的UWB系统实现的BER性能进行了比较和仿真。结果表明:冲激指数和门限值选取对UWB系统BER性能的影响很大,UWB系统BER性能由于受到冲激噪声的强烈影响有相当的恶化。而且,因为新UWB无线电接收机实现的BER性能优于传统接收机,故在冲激噪声信道下,可采用新接收机来提高系统的性能。


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