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基于随机共振的超宽带信号处理技术研究

庞娇  
【摘要】:超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)技术作为一种新型体制的无线通信技术,直接将有用信息调制在窄脉冲上,从而实现数据的传输,具有传输速率快、功率消耗少、抗干扰能力强等一系列优点,是短距离高速无线通信的最有力竞争者。与传统无线通信信号相比,超宽带信号无需载波调制,在占据超大带宽的同时发射功率也非常低,因此往往会淹没于背景噪声或其他干扰信号之中,不易于进行检测和接收。针对上述问题,本文将随机共振(Stochastic Resonance,SR)这一可利用噪声增强微弱信号的非线性现象应用于超宽带通信信号的检测接收中,以期改善超宽带通信系统的传输性能。首先,本文对基于双稳态系统的随机共振模型和超宽带通信模型进行了具体介绍和深入分析,为后续将随机共振应用于超宽带信号的检测接收奠定了理论基础。接下来,提出了基于阱内随机共振的超宽带信号波形检测算法。传统的基于随机共振的信号检测方法,多是利用阱间随机共振现象,但阱间随机共振由于绝热近似条件的限制,更适用于低频信号的检测。阱内随机共振则可克服阱间随机共振的这一局限,因此本文将阱内随机共振用于超宽带信号的波形检测中,给出了所提算法的参数设置准则,并采用归一化互相关系数作为该算法的测度指标,仿真表明所提算法可有效地将采用不同调制方式的超宽带信号的波形从噪声中提取出来。最后,提出了基于阱内随机共振的超宽带信号接收算法。超宽带技术的一个典型应用场景是室内短距离无线通信,要求通信设备体积小、结构简单,因此低复杂度的能量检测接收机受到广泛关注,但其性能易受积分时长和滤波器带宽的影响。本文利用阱内随机共振可实现噪声能量向信号能量转移的特点,将其用于传统能量检测接收机的前端优化,仿真表明所提算法可显著改善超宽带通信系统的误码率性能。


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