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脉冲方式的超宽带系统的研究与设计

作　者: 刘永冲
导　师: 胡君萍
学　校: 武汉理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 超宽带脉冲 直接序列超宽带 脉冲成形 FPGA
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 108次
引　用: 1次
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内容摘要


随着人们对无线数据传输需求的增加,如何提高无线数据传输的速率成为一个严峻的问题。超宽带技术的提出为解决日益增长的通信容量和有限的频谱资源提供了有效的途径。超宽带在公共安全、军事效能、航空安全、医疗应用以及消费类产品与服务等诸多领域有着独特的应用价值。超宽带技术首要解决的问题是避免对其它通信系统产生干扰,基本标准是系统的能量辐射满足FCC的辐射限制。脉冲波形在脉冲方式的超宽带系统的能量辐射中起决定作用。寻找既符合带限要求又符合时限要求的脉冲信号来满足FCC频谱掩蔽且频谱利用率高的脉冲波形是一项具有挑战性的工作。同时如何研究设计低功耗的超宽带收发系统芯片也成为超宽带应用方面研究的热点。本文首先介绍了超宽带研究现状、技术的特点等。在此基础上,分析了超宽带的实现技术,对各种实现方式的调制、多址、干扰和共存性进行了分析比较。在以上分析的基础上,对超宽带的脉冲波形进行了研究,主体上分为时域和频域两方面研究。在时域部分,主要分析了现有的超宽带单脉冲和基于高斯函数的组合脉冲,分析了其功率谱密度；在频域部分,对基于频域的思想进行了研究,按照新的设计脉冲方法——直接频域法,设计产生了升余弦脉冲和平方根升余弦脉冲,给出了其时域表达式。并在脉冲成形部分将所设计的脉冲和现有几种经典的脉冲进行了比较,得到了所设计脉冲的性能较优。为下面实现脉冲成形滤波器打下了理论基础。本文设计并实现了一种基于直接序列超宽带系统的收发模型。在系统的设计阶段,给出了基于FPGA的直接序列超宽带系统方案,并在AWGN信道下建立了此系统的模型,应用MATLAB对整个系统进行了仿真研究,得到了系统的误码率。在实现阶段,利用FPGA实现了直接序列超宽带系统的基带信号处理模块、脉冲成形滤波器和接收系统的相关检测器等。然后在硬件环境下仿真验证了各个模块的正确性,最后对整个系统进行了验证。实验证明,该系统相对传统的模拟技术有低功耗、低时延的优点,值得在实际中大力推广应用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 引言  9-14
  1.1 研究背景和意义  9
  1.2 超宽带无线通信技术  9-10
  1.3 超宽带技术的发展与现状  10-12
  1.4 本文研究的主要内容  12-14
第2章 超宽带实现技术分析  14-22
  2.1 超宽带的实现方式  14-15
    2.1.1 脉冲无线电方式  14
    2.1.2 DS-UWB方式  14-15
    2.1.3 多频带MB-OFDM UWB方式  15
  2.2 超宽带的调制和多址技术  15-20
    2.2.1 信息调制  16-17
    2.2.2 多址技术  17-20
  2.3 超宽带的干扰与共存分析  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第3章 超宽带的脉冲波形研究  22-35
  3.1 超宽带脉冲的时域研究  22-27
    3.1.1 已有的典型超宽带单脉冲  22-24
    3.1.2 已有超宽带单脉冲的功率谱密度仿真与分析  24-26
    3.1.3 组合脉冲的研究  26-27
  3.2 超宽带脉冲的频域研究  27-34
    3.2.1 基于PSWF的脉冲  27-28
    3.2.2 基于直接频域法的超宽带脉冲设计  28-34
  3.3 本章小结  34-35
第4章 直接序列超宽带系统的设计  35-45
  4.1 系统总体方案设计  35-40
    4.1.1 基带信号处理方案  36-38
    4.1.2 脉冲波形的选择及脉冲波形形成方案  38-40
  4.2 系统性能的仿真  40-44
    4.2.1 系统模型的建立  40-42
    4.2.2 信息传输过程仿真  42-44
  4.3 本章小结  44-45
第5章 直接序列超宽带系统的FPGA实现  45-56
  5.1 发射系统  45-50
    5.1.1 扰码模块  45-46
    5.1.2 差错控制编码模块  46
    5.1.3 调制映射和扩频模块  46-47
    5.1.4 脉冲成形模块  47-50
  5.2 接收系统  50-53
    5.2.1 相关器的实现  50-52
    5.2.2 Viterbi译码器实现  52-53
  5.3 系统的总体实现  53-55
  5.4 本章小结  55-56
第6章 总结与展望  56-57
  6.1 本文的主要工作  56
  6.2 进一步工作展望  56-57
致谢  57-58
参考文献  58-61
攻读学位期间发表论文  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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