脈沖超寬帶接收機同步與信道估計技術的研究.pdf

1、隨著人們對實現(xiàn)高速率、高質量無線多媒體業(yè)務需求的日趨迫切，電子設備與因特網之間的短距離高速無線通信已成為通信技術的一個重要發(fā)展趨勢。超寬帶（UltraWide-Band,UWB）通信技術是目前較為先進的短距離無線通信技術之一，在WLAN/WPAN網絡應用中成為一項極具競爭力的傳輸技術。脈沖無線電超寬帶（ImpulseRadioUltraWide-Band，IR-UWB）技術使用窄脈沖作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，因其具有頻譜共享能力強、信道容量大

2、、抗干擾能力強、多徑分辨力強、發(fā)射與接收設備結構簡單等優(yōu)點，成為超寬帶通信的重要實現(xiàn)方案，在短距離無線通信網絡中有著廣闊的應用前景。
　　在IR-UWB系統(tǒng)中，較低的發(fā)射功率和窄脈沖的特殊性質，對超寬帶接收機的性能提出了較高要求。在接收端，快速、準確的定時同步和高性能的信道估計對超寬帶通信的質量起到了重要作用。本文從IR-UWB信號特點出發(fā)，針對室內密集多徑信道對IR-UWB信號的作用，研究了IR-UWB系統(tǒng)接收機的同步和信道估計

3、技術。
　　(1)介紹了IR-UWB通信系統(tǒng)的基本理論。對IR-UWB系統(tǒng)中脈沖信號的選擇、調制及多址方式等問題進行了描述與仿真。此外，介紹并分析了超寬帶的信道模型，給后續(xù)的研究與討論做好鋪墊。
　　(2)研究了IR-UWB系統(tǒng)的信號同步算法。IR-UWB信號的同步分為信號捕獲算法與信號跟蹤算法兩部分。
　　在信號捕獲算法中，首先介紹了基于能量檢測的IR-UWB信號捕獲算法。在此基礎上，提出了基于窗口前移互相關檢測器的

4、IR-UWB信號捕獲算法。該算法借鑒了傳統(tǒng)互相關能量檢測器的思路，并在其基礎上進行了改進，通過改良相關窗口位置實現(xiàn)IR-UWB信號的捕獲。理論分析和仿真實驗表明改進后算法能夠更精確的實現(xiàn)IR-UWB信號的捕獲。
　　在信號捕獲的基礎上，研究了IR-UWB信號的跟蹤算法。提出了基于頻域子空間分解的IR-UWB信號跟蹤算法。該算法將接收到的訓練序列進行頻域子空間分解，從而得到信號延時參數(shù)。該算法相對于傳統(tǒng)的基于奇異值分解算法，能夠更加

5、準確的實現(xiàn)IR-UWB信號跟蹤。最后利用粒子群優(yōu)化算法，對基于頻域子空間分解的IR-UWB信號跟蹤算法進行了優(yōu)化，提出了基于粒子群的頻域子空間IR-UWB信號跟蹤算法，進一步提升了跟蹤算法的性能。
　　(3)研究了基于頻域遞歸最小二乘的IR-UWB信道估計算法，并提出了改進算法。
　　針對快衰落信道研究了基于訓練序列的IR-UWB信道估計算法，提出了基于動態(tài)遺忘因子遞歸最小二乘的頻域IR-UWB信道估計算法。該算法對遞歸最小

6、二乘進行了改進，并借鑒基于頻域遞歸最小二乘IR-UWB信道估計算法的思想實現(xiàn)IR-UWB信道估計。改進后的算法可靠性強、復雜度低，并且提高了對時變信道參數(shù)的響應速度。
　　對于信道參數(shù)變化緩慢的情況，提出了基于頻域遞歸最小二乘的IR-UWB信道盲估計算法。該算法利用TH-PPM信號一維統(tǒng)計平穩(wěn)特性，通過將接收到信號的一階統(tǒng)計量進行DFT變換，然后在頻域中通過遞歸最小二乘算法估計信道的頻域響應，從而得到信道參數(shù)?；陬l域遞歸最小二乘

7、的IR-UWB信道盲估計算法可靠性較高、復雜度低，由于避免了發(fā)送訓練序列造成的信息冗余，并可以在信號接收的同時對信道進行估計，實時更新信道參數(shù)，因此可達到節(jié)省系統(tǒng)資源，提高通信效率的目的。
　　(4)研究了基于壓縮感知理論的低采樣率IR-UWB信道估計算法。IR-UWB信號具有極大的帶寬，在傳統(tǒng)的接收機中，需要用很高的頻率對信號進行采樣，給接收機造成很大的負擔。結合IR-UWB信號的稀疏性，利用壓縮感知對稀疏信號的低采樣率采樣和重

8、構技術，提出了基于壓縮感知的IR-UWB信道估計算法，該算法首先令接收到的信號通過以隨機濾波器構造成的觀測矩陣，并對其欠采樣，之后利用壓縮感知的重構算法對欠采樣得到的信號進行重構，從而得到信道參數(shù)的估計值。相對于傳統(tǒng)的信道估計算法，一方面降低了接收機對于模數(shù)轉換器的要求，另一方面，低采樣率產生較小的數(shù)據(jù)量，從而降低了估計算法的計算量，但受噪聲影響嚴重，可靠性有待提升。為了降低噪聲對信道估計算法的影響，提高算法性能，利用遞歸最小二乘算法對