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直接序列超宽带系统中的窄带干扰抑制问题研究

王澄  
【摘要】:超宽带技术由于具有简单的收发信机结构、低功耗和高传输速率等特点,近些年来得到了广泛研究,并成为无线个域网重要的物理层候选技术。由于超宽带系统占用的带宽极宽,所以它必须与现有的窄带系统共享频谱。为了尽量减少超宽带系统对现有系统的影响,超宽带设备的发射功率受到严格限制,然而,处于同一频段的已有窄带系统势必会对超宽带系统产生严重干扰,甚至会完全阻塞超宽带接收机。因此,如何消除窄带干扰的影响对超宽带接收机的设计尤为重要。 超宽带系统中的窄带干扰消除方法主要包括窄带干扰躲避技术和窄带干扰抑制技术。窄带干扰躲避技术的基本思想是设计出某种特定的超宽带脉冲波形,使该波形的频谱与干扰的谱在频域中正交,从而使接收机容易从接收信号中把有用信号和干扰分离开来;窄带干扰抑制技术则是利用各种信号处理技术从接收信号中提取期望的信号。本文重点研究直接序列超宽带系统中的窄带干扰抑制技术。 论文在讨论了超宽带信号、干扰信号和超宽带信道等模型的基础上,研究了高斯白噪声信道中的窄带干扰抑制问题。论文首先从误码率和信噪比两方面证明了直接序列扩频系统不能提供抑制高斯白噪声增益的结论。由于超宽带系统遭受的干扰信号功率远远高于超宽带信号的功率,与传统的直扩系统中的干扰抑制相比,超宽带系统中的窄带干扰抑制更具有挑战性。论文先将码辅助干扰抑制技术推广至直接序列超宽带系统中,然后基于尽可能最大化信干噪比的思路,提出了一种新的扩频序列。研究表明,在自回归干扰和带通干扰作用下,使用新扩频序列的码辅助技术的性能明显优于使用传统扩频序列时的性能,当干扰功率越强和扩频增益越大时,这种优势越明显。当给定了系统的符号速率和误码率时,使用新扩频序列可以明显降低码片速率和系统功耗。本文随后又提出了一种基于向量相似度理论的扩频序列选择方案,通过使用该方案,既能保证扩频序列具有好的自相关特性,又能确保码辅助技术获得次最优的性能。 鉴于实际的超宽带系统工作在具有密集多径的信道环境中,使用RAKE接收机将有助于改善系统的性能。论文给出了一种基于码辅助技术的Selective-RAKE接收机,研究了当采用最大比合并和选择性分集时RAKE接收机的干扰抑制性能。研究表明,当残留干扰比较强时,不同支路的噪声项之间的相关性会导致采用最大比合并的RAKE接收机性能下降。为了改善这一状况,本文提出了一种基于最小均方误差准则的分集合并技术,在干扰功率很强的情况下,最小均方误差合并取得了明显优于最大比合并的性能。论文随后研究了使用扩频序列选择方案的RAKE接收机干扰抑制性能。 论文的最后部分研究了在自回归干扰和带通干扰作用下线性预测滤波器、线性内插滤波器和码辅助技术等三种干扰抑制技术的性能。鉴于超宽带系统遭受的窄带干扰的功率远远高于超宽带信号的功率,论文比较了在强窄带干扰作用下线性内插滤波器和传统的码辅助技术的干扰抑制性能,深入分析了二者自适应实现的复杂度,并获得了“强窄带干扰作用下线性内插滤波器比传统的码辅助技术更适合于超宽带系统的干扰抑制”的结论,这与直扩系统中的结论不同。论文还研究了自回归干扰模型的极点位置和模型阶数、线性预测和线性内插滤波器的抽头数、带通干扰的带通中心频率及干扰源的数量等对干扰抑制性能的影响,并研究了线性预测和线性内插滤波器的频率响应特性,获得了一系列有意义的结论。


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