60GHz脉冲通信系统相关问题研究

发布时间：2017-05-30 20:08

  本文关键词：60GHz脉冲通信系统相关问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着多媒体技术的迅速发展,具有高清分辨率的电影和电视制作日益增加,人们对能够实现高传输速率的无线通信的需求越来越迫切。但当前主要用于短距离无线通信的相关技术,如Wi-Fi、UWB等,因频谱资源、发射功率等因素的限制,无法实现Gbps级的传输速率。60GHz无线通信技术凭借高达数Gbps的传输速率,免许可使用的数GHz带宽和高达10W的发射功率,超强的抗干扰能力和易阻隔特性等优势,使其成为实现短距离高速无线通信的首选技术,被认为是未来最有发展前途的无线传输之一,受到了广泛的关注。目前,关于60GHz无线通信技术研究的热点主要包括60GHz高速无线通信芯片工艺、信道测量、收发系统设计以及硬件电路设计等,而对60GHz脉冲发生器的设计方案、容量或者误码率的分析等少有涉及和研究。而且,到目前为止,几乎所有的60GHz脉冲系统方案的设计都是在单载波或OFDM调制技术的基础上来实现的,但这样的系统结构复杂、功耗高、对多径衰落敏感,会花费较高的成本和代价,不利于系统整体的设计和实现。基于以上问题,本文从有载波和无载波两种方式设计了几种60GHz脉冲,并在此基础上提出了一种60GHz脉冲发生器的设计,且均符合FCC频谱掩模的规定。通过对几种脉冲的比较可知,在相同信噪比下,其误码率差别很小,性能改善也不明显,所以在选择脉冲时,要综合考虑各方面的影响因子,最终确定理想的设计方案。虽然,基于载波的60GHz脉冲的频谱利用率稍微低于无载波60GHz脉冲,但是在硬件实现上电路结构比较简单,易于电路设计和系统的实现,所以优先选择。本文针对以上问题展开阐述,首先对60GHz无线通信的背景进行了简单描述,介绍了60GHz无线通信的特点与优势、研究现状以及面临的问题和挑战。其次介绍了60GHz毫米波传播特性和信道模型,且主要介绍了IEEE 802.15.3c信道模型：大尺度衰落和小尺度衰落的相关特性,并为其建立了数学模型,以便后续研究。然后设计了三种60GHz脉冲波形并提出了一种基于频谱搬移法的60GHz脉冲发生器的设计,并进行了容量和误码率的性能分析。本文通过对60GHz脉冲系统的性能研究,有如下几点结论：一,脉冲波形的选择十分重要,会影响整个系统的性能,所以要合理地设计60GHz脉冲。二,60GHz无线通信系统是适用于短距离的高速无线通信。三,CM1信道的信号能量主要集中在第一条即最先到达的多径内,其他路径所含能量可以忽略不计。CM2信道下,由于反射、散色等因素影响,多径现象表现的非常明显,能量也比较分散,最先到达的路径并非能量最集中的路径,是典型的频率选择性多径衰落信道。四,参数的选择和设置也对脉冲波形有着重要的影响,所以要合理地设置参数,让仿真结果更接近实际需要。本文对60GHz毫米波的特点以及信道的分析、脉冲波形以及脉冲发生器的设计、容量和误符号率的研究工作,在一定程度上对60GHz脉冲无线通信的理论基础进行了完善,可以为将来相关系统或电路方面的设计提供一定的理论支持和帮助,根据后续不同的需求,可以对此脉冲发生器稍加改动,从而可以应用于UWB脉冲发射部分,或者用于下变频采样接收机等,将会有很好的应用价值。这对促进60GHz无线通信技术的进一步研究和应用将具有十分重要的意义。
【关键词】：60GHz 信道模型 传播特性 60GHz脉冲发生器 容量 误码率
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN928
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 研究背景11
• 1.2 60GHz无线通信的特点及应用11-15
• 1.2.1 60GHz无线通信的特点11-13
• 1.2.2 60GHz无线通信的应用13-15
• 1.3 60GHz无线通信技术的国内外研究现状15-17
• 1.4 60GHz系统技术热点以及面临的问题和挑战17-18
• 1.4.1 60GHz系统技术热点17-18
• 1.5 本文主要研究内容及组织结构18-20
• 2 60GHz无线通信系统信道模型20-33
• 2.1 60GHz信道的传播特性20-21
• 2.2 60GHz无线信道衰落模型21-23
• 2.2.1 AWGN信道21-22
• 2.2.2 瑞利信道模型22
• 2.2.3 莱斯信道模型22-23
• 2.2.4 Nakagami衰落信道23
• 2.3 IEEE 802.15.3c信道模型23-32
• 2.3.1 大尺度衰落23-25
• 2.3.2 小尺度衰落特征25-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 60GHz系统脉冲的设计33-50
• 3.1 60GHz脉冲波形设计34-41
• 3.2 60GHZ脉冲发生器的设计41-47
• 3.2.1 UWB脉冲发生器41
• 3.2.2 阶跃恢复二极管和共面波导41-42
• 3.2.3 超宽带脉冲的设计42-44
• 3.2.4 产生60GHz脉冲44-47
• 3.3 常用调制方式47-49
• 3.3.1 脉冲幅度调制(PAM)47-48
• 3.3.2 相移键控调制(PSK)48
• 3.3.3 脉冲位置调制(PPM)48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 4 脉冲波形对60GHz系统性能及容量的影响50-60
• 4.1 CM1信道下的容量研究50-51
• 4.2 CM2信道中的容量研究51-53
• 4.3 脉冲60GHz多用户容量分析及仿真53-59
• 4.3.1 脉冲60GHz多用户容量分析及仿真55-57
• 4.3.2 脉冲60GHz多用户误符号率分析及仿真57-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 总结与展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 个人简历67
• 发表的学术论文67
• 参与的科研项目67

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本文编号：407848