基于Chirp波形及互补码的超宽带通信系统抗干扰研究

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超宽带(UWB)技术是应用于无线通信领域的一种新技术,它被认为是室内短距离高速率无线通信的最有效方法之一。从2002年UWB技术获得美国联邦通信委员会(FCC)的批准用于民用以来,UWB技术逐渐引起了人们越来越多的研究兴趣。UWB技术具有低功耗、多径分辨率高、抗干扰能力强和容易实现等特性,这些特点使得UWB技术在无线通信、雷达、精确定位等领域具有非常宽广的应用前途,尤其是在室内短距离无线通信领域,其正逐步成为无线个域网的主要物理层传输技术和标准。超宽带系统因其极低的发射功率,对其它系统的干扰可看做背景噪声并进行处理,然而UWB系统因其如此宽的工作带宽,必然会受到其他窄带系统的干扰,因此研究UWB无线通信系统的干扰抑制问题,对超宽带通信的发展有非常重要的研究意义。本文的主要工作就是利用自适应算法、特征函数分析方法、Chirp脉冲以及正交互补码设计等技术,针对超宽带系统中存在的典型干扰,对UWB系统进行设计和分析。本文主要研究工作主要分为三大部分:第一部分:论文在开始详细介绍了超宽带技术的基本理论。首先,阐述了超宽带技术的定义、优点及发展应用的前景。其次,分析了超宽带系统常用的典型脉冲的时频特性,介绍了超宽带系统的调制和多址实现方案。最后,简单介绍给出了超宽带系统室内传播的多径信道特征和超宽带系统的信道模型。第二部分:论文介绍了Chirp函数波形的相关基础理论和窄带干扰信号建模,对基于非线性Chirp函数波形的超宽带系统在抑制窄带干扰方面的性能特性做了研究,并将自适应算法运用到超宽带系统中。通过在接收端引入共轭梯度(CG)算法,并对接收到的采样信号进行处理,更好的减小窄带干扰对超宽带通信系统的影响。研究发现采用CG算法的干扰抑制方案具有很好的性能,其在功率损耗小、耗费低的短距离室内无线超宽带通信等应用方面,可以作为一种优良的折衷方案。为在室内复杂无线通信环境中确切分析窄带干扰对超宽带系统性能的影响,本文基于特征函数方法研究了Chirp-UWB系统在多径信道下的抗窄带干扰性能,得到了单窄带干扰下的系统误比特概表达式。仿真结果显示基于特征函数的分析方法比高斯近似方法更接近系统的实际性能,具有更好的准确性。第三部分:针对超宽带通信系统中除多径干扰和窄带干扰外的另一主要干扰,多址干扰,论文提供了基于互补码的超宽带系统设计和分析。论文首先介绍和给出了正交互补码的概念定义及序列相关函数特性。随后详细介绍了串行正交互补码超宽带系统和基于OS调制的正交互补码超宽带系统的实现方案,并在上述两种超宽带系统中结合Chirp脉冲,来提高超宽带系统抗多址、多径和窄带干扰的性能。最后,为了提高系统速率和通信性能,论文还研究了并行OCC UWB方案,其兼具MB-OFDM和IR-UWB的优点,且Chirp信号由SAW器件产生,实现简单。仿真结果验证了所给出的超宽带系统在抑制窄带干扰、多址及多径干扰方面具有优异性能。论文在最后一章针对研究工作进行了总结,并展望了未来可能的研究工作。
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