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基于解码中继的IR-UWB技术的研究

作　者: 舒智慧
导　师: 张乃通
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 脉冲超宽带解码中继性能分析多径信道
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 9次
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内容摘要

超宽带无线通信系统具有低成本、低功耗、低复杂度、高数据速率、抗干扰能力强等特性,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,这些特性也使得超宽带技术成为一种短距离无线通信的可行技术。但是,由于超宽带信号的频谱范围和已有的窄带设备之间有重叠,FCC对超宽带的发射功率作了严格的限制规定。为了能在限定的发射功率下获得期望的性能,国内外学者进行了大量的研究,提出了许多方案,其中有一种方案是利用MIMO技术和IR-UWB技术的结合。将MIMO技术用于IR-UWB系统,取得了可观的空间和频率分集,极大地改善了IR-UWB的性能,如BER,覆盖半径和能耗。但是由于IR-UWB终端受体积、功耗、工艺等多方面的限制,很难实现在IR-UWB终端上安置相互独立的多天线。为了解决此问题,本文IR-UWB系统中引入了解码中继协作模式,使单天线IR-UWB终端间形成了虚拟的MIMO系统。本文首先介绍了IR-UWB系统的基本技术原理,并对UWB的高斯脉冲,信号产生等做了详细的描述,分析了IR-UWB的优势。其次,深入描述和分析了协作分集技术,及其原理。最后,将解码中继协作模式引入IR-UWB系统,形成虚拟的MIMO-UWB系统,使得单天线的IR-UWB终端也可以取得MIMO-UWB性能。本文对IEEE802.15.3a信道模型进行了研究,但是该信道只适用于蒙特卡洛仿真,不能用该信道推出非协作和协作IR-UWB系统误比特率的理论闭合解。为了推导出闭合解,用高斯分布和对数正态分布分别拟合了对数正态随机变量和的分布,比较得到在CM1信道中,对数正态分布的拟合效果比较好,再利用对数正态随机变量的和近似服从对数正态分布的特性,推导出了非协作和解码中继协作IR-UWB系统误比特率的理论闭合解。其中,协作系统的协作节点被分别放在固定点,收发机中点和最优位置处,从MATLAB仿真结果上看,引入解码中继的协作IR-UWB系统与非协作的IR-UWB系统相比,在BER,覆盖半径,和总的能耗等性能上有了显著的改善,如协作节点在最优位置处时,BER改善达到4dB,覆盖半径提升将达到6m,耗约节约18.5%。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题研究背景和意义  9-10
  1.2 基于协作分集的IR-UWB研究现状  10-11
  1.3 研究内容与创新  11-12
  1.4 论文结构  12-14
第2章超宽带技术简介  14-25
  2.1 引言  14
  2.2 超宽带的基本概念  14-16
    2.2.1 超宽带的定义  14-16
    2.2.2 超宽带短距离实现的两大方案  16
  2.3 超宽带的技术特点  16-18
  2.4 超宽带高斯脉冲  18-21
    2.4.1 脉冲形成因子α 对高斯脉冲及其功率谱密度的影响  18-19
    2.4.2 讨论高斯导数的阶数对其ESD的影响  19-21
  2.5 超宽带信号  21-24
    2.5.1 跳时超宽带信号的产生  21-22
    2.5.2 直接序列超宽带信号的产生  22-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章协作分集技术  25-36
  3.1 引言  25
  3.2 分集的基本原理  25-29
    3.2.1 传统分集技术原理  25-27
    3.2.2 合并方式  27-29
  3.3 协作分集的提出  29-31
  3.4 协作分集的分类  31-34
    3.4.1 放大中继(AF)  31-32
    3.4.2 解码中继(DF)  32-33
    3.4.3 编码协作(CC)  33-34
  3.5 引入解码中继的优点和存在的问题  34
    3.5.1 IR-UWB系统中引入解码中继协作的优点  34
    3.5.2 存在的问题  34
  3.6 本章小结  34-36
第4章基于解码中继的IR-UWB系统的性能分析  36-55
  4.1 引言  36
  4.2 IEEE802.15.3a信道模型  36-40
  4.3 对数正态随机变量和的概率密度函数估计  40-44
    4.3.1 对数正态随机变量的建模  40
    4.3.2 对数正态随机变量的和的分布的拟合  40-44
  4.4 解码中继协作模式在超宽带系统中的应用  44-50
    4.4.1 非协作IR-UWB系统  44-48
    4.4.2 协作IR-UWB系统  48-50
  4.5 仿真结果与分析  50-54
  4.6 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-61
致谢  61

基于解码中继的IR-UWB技术的研究

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