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脉冲超宽带系统时变信道估计算法的研究

作　者: 王斐
导　师: 吕铁军
学　校: 北京邮电大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 超宽带信道估计卡曼滤波频域预滤波算法零径检测算法(ZTD) UTE算法
分类号: TN925
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

作为未来无线短距高速数字传输通信系统有力的候选方案之一,超宽带(UWB:Ultra-Wideband)技术正受到更广泛的关注和更加深入的研究。根据2002年4月的提案,联邦通讯委员会(FCC)定义超宽带技术为任意相对带宽不少于20%的无线传输技术,脉冲超宽带通过在时域上发射极短的脉冲信号这一核心特点成为了最传统的超宽带技术。脉冲超宽带系统的优点有:极高的数据传输速率和用户容量;成本较低、功耗较小、电路实现简单;高分辨率,抗多址干扰和多径传播强;难监测,鲁棒性好等等。脉冲超宽带系统的应用涵盖个人计算机,移动终端,消费类电子产品,在无线个域网,传感器网络,图像成形系统,车载雷达系统等方面有广阔的应用,未来可预期的技术包括无线USB,精确定位,超高速数据传输等。回顾了这种技术的信号形式并深入讨论了它在抗多址干扰和多径传播方面的能力。在现有的超宽带系统接收机架构中,自适应均衡和分级接收技术被广泛的应用以改进接收机性能,而实现这些技术的前提是信道多径的衰减和延迟因子必须已知,换言之,准确的信道估计必不可少。在对脉冲UWB通信系统进行了简要的介绍之后,本文首先总结了脉冲UWB通信系统信道估计技术方面的经典文献,并在此基础上提出了改进的两种算法。第一种算法,针对稠密多径环境下超宽带无线通信系统的信道估计问题,提出了一种改进的卡曼滤波算法,估计和跟踪时变信道的信道冲激响应(CIR)。该算法包括两个步骤:频域预滤波和卡曼滤波。其核心思想是在传统的卡曼滤波前导入频域预滤波来简化卡曼测量方程,从而使包括测量更新,卡曼增益和错误协方差矩阵在内的测量更新方程的求解公式化为更简洁的形式。这种方法简化了卡曼迭代过程,降低了计算复杂度。第二种算法,基于超宽带信道的先验统计特性与超宽带系统特有的接收机架构,提出了另一种改进的卡曼滤波算法。通过借鉴零径检测算法(ZTD)与UTE算法的优点并将它们成功融入卡曼滤波,我们得以充分利用UWB信道的先验统计信息并分别给出了在RAKE接收机与MMSE均衡器下的信道估计方案。仿真和比较展示了所提算法的性能改进。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-20
  1.1 引言  11
  1.2 UWB技术发展历程  11-13
  1.3 UWB技术定义与主要体制  13-15
  1.4 IR-UWB技术特点与应用前景  15-18
    1.4.1 IR-UWB技术特点  15-17
    1.4.2 IR-UWB应用前景  17-18
  1.5 论文价值与章节安排  18-20
第二章 IR-UWB无线通信技术  20-28
  2.1 PPM调制方案  20-26
    2.1.1 发射链路  20-23
    2.1.2 信道  23-24
    2.1.3 接收链路  24-26
  2.2 PAM调制方案  26-28
    2.2.1 发射链路  26
    2.2.2 接收链路  26-28
第三章 IR-UWB信道估计算法  28-48
  3.1 信道与信道估计  28-31
    3.1.1 无线信道的3个主要特点  28-29
    3.1.2 无线信道的3类损耗  29
    3.1.3 无线信道的4种主要效应  29-30
    3.1.4 无线信道的3类主要快衰落  30-31
  3.2 脉冲超宽带信道与信道估计  31-34
    3.2.1 脉冲超宽带信道  31-34
    3.2.2 脉冲超宽带信道估计  34
  3.3 脉冲超宽带主流信道估计算法  34-48
    3.3.1 最大似然算法  34-40
    3.3.2 频域算法  40-47
    3.3.3 其它  47-48
第四章信道估计算法准则  48-53
  4.1 准则提出  48-49
    4.1.1 第一准则  48
    4.1.2 第二准则  48-49
    4.1.3 第三准则  49
    4.1.4 准则总结  49
  4.2 系统模型  49-51
  4.3 卡曼滤波  51-53
第五章一种基于频域预滤波的超宽带信道卡曼估计算法  53-59
  5.1 问题提出  53
  5.2 算法陈述  53-56
  5.3 实现步骤  56
  5.4 仿真与性能分析  56-58
  5.5 本章小结  58-59
第六章一种基于先验统计特性的超宽带信道卡曼估计算法  59-65
  6.1 问题提出  59
  6.2 算法陈述  59-61
    6.2.1 算法一:RAKE接收机(L已知且等于RAKE finger数)  60-61
    6.2.2 算法二:MMSE接收机(L未知)  61
  6.3 实现步骤  61-62
    6.3.1 算法一:RAKE接收机  61
    6.3.2 算法二:MMSE接收机  61-62
  6.4 仿真与性能分析  62-64
  6.5 本章小结  64-65
第七章结束语  65-66
附录Ⅰ 缩写说明  66-67
附录Ⅱ 卡曼公式推导  67-72
  估计过程模型  67-68
  滤波器计算原型  68-69
  滤波器概率原型  69-70
  离散卡曼滤波器算法  70-71
  滤波器系数  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
攻读学位期间发表的学术论文目录  76

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