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IR-UWB无线通信系统中同步捕获算法的研究

作　者: 孙宁
导　师: 王卫东
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 超宽带 脉冲无线电 同步 多径
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本论文研究的主要内容是IR-UWB(冲激无线电超宽带)通信系统中的同步捕获算法。超宽带无线通信系统具有低成本,低功耗,低复杂度以及高数据速率,抗干扰力强等特性,使得其无论在学术界还是产业界,都是近年来无线通信领域的研究热点。实现接收机与发射机的同步,一直是通信系统的一项关键技术,尤其是对于经常应用于突发通信的冲激无线电超宽带系统。冲激无线电超宽带技术采用离散的极窄脉冲作为载体来携带信息,这种通信系统与其它的无线通信有很大的不同。首先,时域上极窄的脉冲带来频域上巨大的带宽,由于FCC的限制,信号的发射功率已经很低,于是在整个带宽上,信号的功率谱密度变得非常低,使得接收信号基本淹没于噪声之中,接收机要做出正确地判决,需要观测很长的时间。其次,极窄脉冲的占空比很低,这导致了时域上非常精细的分辨率,接收机要完成信号的捕获,需要搜索的空间会非常大。基于上面的原因,同步捕获始终是超宽带通信系统中接收机设计的一大难题。在密集多径环境中,虽然多径的存在在一定程度上分散了信号的能量,但是这种时间上可分辨的多径成分反而可以加速捕获进程,这是因为在捕获阶段,我们认为接收机对多径中的任意一径的捕获就可以终止搜索进程,从而完成接收信号的捕获。正是基于这一假设前提,接收机的粗同步只要能定位搜索空间中多径簇的位置,就能快速的找到一径的位置。本文首先研究了多径信道的特点,并分析了几种算法的的捕获性能,然后进一步介绍了线性搜索的过程。在此理论分析的基础上,本文提出了两种密集多径环境下的搜索算法,都是先将整个搜索空间划分为一些小的子区间,第一步是快速找到含有正确相位的子区间,第二步在该子区间中定位正确相位。通过仿真结果来看,两种算法都可以在较小的时间开销内,迅速地完成捕获。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-22
  1.1 论文的研究背景  10-13
    1.1.1 超宽带通信的历史回顾及现状分析  10-12
    1.1.2 超宽带技术的主要概念  12-13
  1.2 超宽带技术的主要分类  13-18
    1.2.1 冲激无线电超宽带技术  13-16
    1.2.2 直序列扩频超宽带技术  16
    1.2.3 多频带正交频分复用超宽带技术  16-18
  1.3 超宽带通信的主要优点  18-19
    1.3.1 共享频谱的能力强  18
    1.3.2 信道容量大，数据传输速率高  18
    1.3.3 截获和检测概率低  18-19
    1.3.4 抗干扰力强  19
    1.3.5 穿透性好  19
    1.3.6 定位精确  19
    1.3.7 结构简单，成本低，功耗小  19
  1.4 冲激无线电超宽带通信面临的挑战  19-21
    1.4.1 信道估计  19-20
    1.4.2 脉冲的产生、整形和控制  20
    1.4.3 对现有通信系统的影响  20-21
    1.4.4 精确同步  21
  1.5 论文的结构和主要内容  21-22
第2章 IR-UWB 同步捕获技术分析  22-27
  2.1 UWB 系统同步所面临的挑战  22-23
  2.2 IR-UWB 同步捕获方法概述[34]  23-25
    2.2.1 基于置换搜索顺序的捕获方法  24
    2.2.2 基于缩减搜索空间的捕获方法  24-25
    2.2.3 基于理论估值的捕获方法  25
  2.3 小结  25-27
第3章 密集多径环境中IR-UWB 信号的捕获性能  27-36
  3.1 多径信道分析  27-31
  3.2 连续可终止搜索假设条件下的捕获性能  31-35
  3.3 小结  35-36
第4章 两步比特翻转快速捕获算法  36-46
  4.1 引言  36-37
  4.2 信号及信道模型  37-38
  4.3 捕获算法的描述  38
  4.4 理论分析  38-41
    4.4.1 D≤M  40
    4.4.2 D>M  40-41
  4.5 性能仿真  41-44
    4.5.1 两步比特翻转搜索算法的捕获过程  42-43
    4.5.2 两步比特翻转搜索的捕获性能  43-44
  4.6 小结  44-46
第5章 基于抽屉原则的快速捕获算法  46-55
  5.1 引言  46
  5.2 信号模型及捕获算法  46-48
  5.3 性能分析  48-49
    5.3.1 所有可终止搜索相位落在一个子区间内  48
    5.3.2 可终止相位落在两个相邻子区间内  48-49
  5.4 性能仿真  49-54
    5.4.1 抽屉算法的捕获过程  49-53
    5.4.2 抽屉算法的捕获性能  53-54
  5.5 小结  54-55
第6章 总结与展望  55-56
参考文献  56-60
攻读硕士学位期间发表的论文  60-61
致谢  61

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 无线电中继通信、微波通信
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