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近年来,关于超宽带(UWB)技术在无线通信领域的应用与研究进展已经得到了学术界和工业界的持续关注,甚至成为美国有线新闻网络(CNN)2004年评选的十大前景技术之一。超宽带有许多诸如高速,低价,低功耗和低干扰等优越之处,美国联邦通信委员会2002年批准了可以将3.1-10.6GHz频带无执照地用于室内超宽带无线通信系统。这使得许多常规的用于室内无线通信的原理和方法有望被重新评价,一个新的短距离高速通信产业领域可能形成,基于超宽带技术的工业标准可能被引入,如IEEE802.15.3a(高速)和IEEE802.15.4a(低速)。虽然近期的研究已经预示了超宽带在短距离高速通信中作为解决方案的前景,然而进一步针对实际应用的超宽带无线通信系统的研究仍然是关键和必要的。
本文的核心内容是对室内脉冲超宽带无线通信接收系统中的相关理论和若干关键技术进行研究。就论文中提出的超宽带接收系统而言,其理论依据和相应的研究方法基于TURBO原理和自适应理论。TURBO原理可以归结为两句话,其一是随机性越强的方法是越好的方法,其二是迭代可以最大限度地挖掘信息。而自适应信号处理在超宽带接收系统中可以作为TURBO原理应用的有益补充。本文所做的工作基本都是围绕这两点展开的。
本文的主要工作和贡献如下:
提出了一种基于Intel模型的UWB信号的室内信道时变描述与仿真方法。由于超宽带系统所处的环境十分复杂,而现有的报道往往对研究的对象进行简化,本研究的一个特色就是尽量考虑接近实际情况的复杂环境。
提出一种基于比特数字的超宽带信号同步方法。针对超宽带信号在时域上表现为极窄脉冲,使得接收信号如何准确同步成为难点的事实,通过可变步长有重点搜索能量最大区间来实现快速同步,使得同步过程大大简化。
将自适应均衡器用于补偿超宽带室内信道参数变化所引起畸变,在常规横向滤波器的基础上研究了权值调整的算法改进,提出了结合改进RLS和改进LMS的自适应算法,降低了算法总体复杂度。
提出一种基于TURBO原理的超宽带接收机联合优化方法,该方法根据室内信道特点设定均衡器长度,利用联合迭代方法来优化均衡器的权值,达到多径能量的合理捕获。在同样的误码率要求下,可以大大降低对超宽带接收信号采样率的要求。
借鉴TURBO码的概率译码思想,在自适应均衡接收机的基础上提出了一种针对室内密集多径信道环境下的DS-UWB接收信号的连续信道译码方法,在某种程度上解决了TURBO码需要多次迭代,导致译码延迟很大,不适用于实时通信业务的问题。
作为信道译码的副产品,提出了基于TURBO原理的针对超宽带系统室内密集离散多径信道的接收端迭代模板估计方法。该估计方法充分利用了译码器软输出中包含的数据的先验信息,能够重构接收端模板信号,并跟踪时变引起的信道参数的变化。
最后,针对短序列构造的困难,初步研究了伪随机序列(PN)选择在多用户超宽带系统中的作用,提出了一种基于混沌学的伪随机短地址序列产生方法,将这种短序列构造方法用于超宽带信号的直扩调制,取得了优于m序列的实际效果。