超宽带(UWB)信号在室内信道的传播及抗干扰性能的研究

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现代通信系统对带宽和数据率的要求越来越高,超宽带(ultra-wideband,UWB)以其带宽高、容量大、辐射功率谱密度低、抗干扰能力强等优点,适用于密集多径信道的短距离通信。论文主要围绕UWB通信系统的信道模型特性及其信号传播、抗窄带干扰性能等展开理论分析和仿真,由于多波段OFDM调制本身的优越性,最后对OFDM-UWB物理层实现方案进行了研究,并通过MatlabSimulink搭建了UWB系统模型,仿真结果验证了理论分析。 首先论文在介绍UWB技术定义和主要特点的基础上,详细论述了UWB的三种系统实现方案、国内外在信道和抗干扰方面的研究现状及目前标准的制定情况,并分析总结了三种实现技术的优缺点,结果表明多波段OFDM调制的UWB技术易于CMOS实现,且有较强的抗多径和窄带干扰能力。 其次论文在IEEE802.15.3a工作组最终确定的室内信道模型基础上,通过Matlab仿真了多径信道的实现,由此深入分析得出了UWB信号在室内信道的传播规律;另一方面通过对Intel测量数据的拟和,总结了信道模型参数的统计分布特性,以便于今后UWB系统和接收机的设计。 接着研究了UWB系统的抗窄带干扰性能。论文提出将MMSE-RAKE接收代替传统的MRC-RAKE接收机,在最终确定的典型的视距(LOS)和非视距(NLOS)信道中,创新性地理论分析并模拟仿真了存在IEEE802.¨a和WiMAX窄带干扰时UWB系统的性能,结论证明MMSE-RAKE接收机能有效抑制窄带干扰。 由于OFDM较好的抗多径干扰特性,论文最后利用MatlabSimulink工具对OFDM-UWB物理层提案进行了实现和仿真,将系统搭建为信道可以灵活选择(CM1~CM4)的模型,通过误比特率计算模块,得到了不同信道情况下的系统性能仿真结果,验证了前面的理论分析。 本论文的创新之处在于:(1)在深入理解IEEE802.15.3a研究组最终确定的多径信道基础上,用Matlab对典型的LOS和NLOS信道做了仿真实现,并根据对测量数据的拟和总结了信道参数的统计分布情况。 (2)提出把MMSE-RAKE接收机用于UWB系统的抗窄带干扰分析,在上述典型的LOS和NLOS信道基础上,笔者创新性地分析存在IEEE802.11a和WiMAX干扰时,比较了MMSE-RAKE接收和传统的MRC-RAKE接收时UWB系统的误比特率。仿真结果表明,MMSE-RAKE接收机可以降低系统的误比特率,有效地抑制窄带干扰。 (3)UWB通信由于其特定的室内信道模型,用MatlabSimulink搭建系统仿真平台时不能直接引用Simulink库中已有的模块。在其他学者研究的基础上,根据Intel的测量数据编写信道S函数,创建了含有典型信道(CM1~CM4)和误比特率模块的多波段OFDM-UWB仿真平台,仿真了CM1~CM4信道下不同信噪比时OFDM-UWB的系统性能。结果验证了OFDM-UWB的物理层理论分析,为今后的硬件实现提供了有力支持。
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