脉冲超宽带通信系统接收技术的研究——有数据辅助的同步和解调

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超宽带(UWB)脉冲无线电技术通过发射极短的脉冲信号可以获得极高的数据传输速率,因而吸引了越来越多的关注。相比较其他的窄带无线通信技术而言,它具有成本较低、功耗较小、电路实现简单等特点。人们对UWB脉冲无线电技术的兴趣主要集中在以下几个方面:极高的数据传输速率和用户容量;极小的终端实现体积和传输功耗:极强的障碍物穿透能力以及极精确的定位能力。虽然UWB脉冲无线电技术具有很多的优点,但同时其发展也受到了很多因素的制约。其中,数据的接收问题成为一个主要的挑战,因为其同步和解调都变得非常困难。 在对脉冲UWB通信系统进行了简要的介绍之后,本文首先提出了一种新颖的适用于脉冲UWB通信系统的有数据辅助的精同步搜索算法。不同于以往的有数据辅助的同步算法,本算法在发射端通过正交码分复用(OCDM)的方式同时发送训练符号序列和信息符号序列。二者在系统中互不干扰,各司其职,从而明显的提高了系统的有效性。在接收端利用传输过程中产生的多径成份,提出了一种检测器平均差错概率的测度,然后通过搜索最小平均差错概率(MAEP)所对应的点来获得同步估计,性能明显优于传统的基于最大相关输出的同步搜索算法,而有效提高了系统的可靠性。随后的计算机仿真实验也验证了结论。 接下来,在对脉冲UWB通信系统的整个接收过程进行了全面研究的基础之上,又提出了一种具有极低复杂度的有数据辅助的脉冲UWB通信系统的接收新算法,包括同步和解调。通过发送性能独特的训练符号序列,本算法可以直接从接收到的信号中构建一个包含冗余的解调模板(RDT)。当获得这个模板之后,有两种方法可以选择来解调发送的信息符号。一种方法是利用这个包含冗余的解调模板直接从接收信号中解调出发送的信息符号。因为这个模板本身就包含有同步信息,所以不需要再进行单独的同步过程。这种方法具有极低的复杂度并且可以捕获全部的多径信号能量,适用于对检测性能要求不太苛刻和同时要求低复杂度的快速解调的情景。另一种方法是在得到了包含冗余的解调模板的基础之上,对其进行能量检测来获得同步参数。然后,利用这个同步参数对模板进行修正,去除冗余的无用部分,重新获得一个不包含冗余的解调模板(NRDT),最后利用这个不包含冗余的解调模板解调出发送的信息符号。可以看出,第二种方法相对于第一种方法具有更高的复杂度(具体的复杂度取决于对同步误差的要求),但是它可以获得更高的检测性能,因而适用于对检测性能有更高要求的场合。由于两个解调模板都是直接从接收信号中提取出来的,包含了多径信号的信息,因此两种方法都不用对信道进行估计,从而避免了构建Rake接收机,降低了脉冲UWB通信系统接收的复杂度。随后对所提出的算法进行了理论分析和计算机仿真实验,仿真结果证明本算法具有很好的性能,并且和理论分析吻合的很好。
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