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拓展距离线性调频超宽带的检测和调制技术研究

陈金玉  
【摘要】:线性调频超宽带(Chirp-UWB)系统具有截获概率低、发射效率高、频谱设计灵活等优点,在多种领域有着广阔的应用前景。但随着通信距离的拓展,Chirp-UWB面临如下突出问题:1)信号动态范围增大,导致信号捕获耗时更长;2)传输环境时变性强,单一传输速率难以满足系统要求。因此,本文针对拓展距离Chirp-UWB系统的传输技术展开深入研究。 本课题依托国家科技重大专项-UWB拓展距离应用示范,对拓展距离Chirp-UWB系统的信号检测和调制技术进行了深入研究。首先针对Chirp-UWB信号捕获耗时长的问题,提出一种基于伪-真峰的信号检测方法;其次针对Chirp-BOK调制效率低的问题,提出一种基于Chirp-BOK-DQPSK调制的Chirp-UWB系统模型;然后针对拓展距离通信需要多速率支持的问题,提出一种基于Chirp-MBOK调制的多速率传输模型;最后给出一种基于CORDIC迭代运算的Chirp-UWB信号产生与实现方案。具体工作如下: 1提出了一种基于伪-真峰的信号检测方法。接收信号经过有源频谱压缩后,时域的时延信息转化为频域的伪尖峰和真实峰,通过对伪尖峰和真实峰的检测,可以估计出接收信号的时延信息。由于伪尖峰和真实峰都能反映时延信息,所以该方法的频域检测范围缩小了一倍,降低了接收端对模数器件采样速率的要求,减少了信号的平均捕获时间。基于该检测方法研究的基础上,给出了过门限/最大值联合捕获准则,在过门限准则不能成功捕获时延信息时进行最大值捕获,减少了漏检概率,提高了检测性能。 2提出了基于Chirp-BOK-DQPSK调制的Chirp-UWB系统模型。该模型利用Chirp信号实部与虚部以及上扫频与下扫频都具有良好自相关性和互相关性的特点,在BOK调制的基础上加入相位调制信息,实现一个符号携带3个信息比特传输。在高信噪比下,该系统能有效提高信息传输速率。 3提出了基于Chirp-MBOK调制的多速率传输模型。该模型在Chirp信号获得一定扩频增益的基础上,引入可变长度正交扩频序列,在信号带宽和码片速率不变的情况下,根据传输环境质量调整正交扩频序列的长度获取可变混合处理增益,实现系统的多速率传输。在同等传输比特速率下,虽然该模型的误比特性能比可变码片速率系统模型略差,但该模型对接收端处理要求更低,结构更加简洁,可行性更高。 4给出了一种基于CORDIC迭代运算的Chirp-UWB信号产生与实现方案。该方案利用CORDIC迭代运算产生数字基带线性调频信号,再通过正交调制和倍频技术拓展信号带宽,实现带宽满足UWB通信要求的Chirp-UWB信号。该方案与基于查找表的信号产生方法相比,节省了大量的存储资源。 基于上述的理论研究,完成了信号产生模块、基于伪-真峰信号检测模块和Chirp-MBOK调制解调模块的FPGA设计与实现。调试结果验证了理论分析的合理性。


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