超宽带无线电波形设计研究

发布时间：2017-09-11 11:27

  本文关键词：超宽带无线电波形设计研究

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【摘要】：超宽带(Ultra-Wide Band,UWB)无线通信技术是一种共享超宽带电磁频谱的通信方式。区别于传统载波无线通信技术,UWB通信系统直接利用纳秒级或皮秒级时宽脉冲信号传输信息,具有辐射功率极低,对信道衰落不敏感,数据传输速率高,低侦查率,高定位精度,高性能,低结构复杂度和低成本,超低功耗等特点,在进行安全高效通信的同时,还解决了无线电频谱资源紧缺这一问题。本文针对UWB无线电中的波形设计问题作了较为深入的研究。主要内容如下:(1)主要研究了用于UWB系统的几种脉冲波形:高斯类脉冲、升余弦脉冲、厄米(Hermite)多项式脉冲及其正交型厄米-罗德里格斯(HR)脉冲,分析了这三种脉冲信号的波形、能量谱(ESD)、功率谱(PSD)等特性,对比了三种脉冲信号的优缺点与实际应用价值。(2)探讨了UWB信号的调制与传输性能。主要研究了二进制脉冲位置调制-跳时UWB(2PPM-TH-UWB)信号和二进制脉冲幅度调制-直扩UWB(2PAM-DS-UWB)信号的典型产生方法与调制性能,分析和展示了正交多进制脉位(PPM)和脉幅调制(PAM)信号的传输距离、信噪比(SNR)、误码率(BER)以及数据速率等特性与相互关系。(3)基于联邦通信委员会(FCC)发布的UWB无线通信辐射功率掩蔽标准(FCC-EM),提出了两种简单的UWB波形设计方法:随机系数加权算法(RCWM)与最小平方误差准则算法(LSE),并分别基于高斯脉冲与HR脉冲对RCWM与LSE算法进行了仿真,仿真结果验证了两种算法的有效性与可靠性。(4)在相关参考文献算法的基础上提出了一种基于频谱约束优化的迭代UWB波形设计算法(SCOM算法),解决了传统设计算法中效率过低、频率覆盖范围控制不精确以及单个频率点处的辐射功率无法有效控制的问题,改善了原始算法对初始信号敏感依赖、频谱凹槽深度不够大、迭代次数较多、难以收敛等问题。通过仿真实验,SCOM能够较有效地设计出满足自定义辐射功率掩蔽(UDEM)上限的目标UWB波形。且在30至40dB的凹槽深度区间内,在迭代次数性能与迭代时间性能方面优于原始算法,比原始算法有更好的凹槽产生性能、更好的收敛性能与更强的功率控制能力。
【关键词】：超宽带脉冲 超宽带调制 波形设计 辐射掩蔽 频谱凹槽
【学位授予单位】：大连大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN925
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 无线电发展历程简介11-12
• 1.2 超宽带的研究背景及意义12-14
• 1.3 超宽带信号的定义14-15
• 1.4 超宽带的研究动态及发展现状15-17
• 1.5 本文内容与组织结构17-19
• 2 UWB脉冲无线电波形19-33
• 2.1 UWB脉冲超宽带理论基础19-21
• 2.2 UWB脉冲波形设计模型21-32
• 2.2.1 高斯类脉冲21-30
• 2.2.2 升余弦脉冲波形30-31
• 2.2.3 Hermite多项式脉冲及其正交型HR函数31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 3 UWB无线电调制与传输技术33-44
• 3.1 UWB信号的调制33-37
• 3.1.1 概述33
• 3.1.2 PPM-TH调制33-35
• 3.1.3 PAM-DS调制35-37
• 3.2 UWB无线电传输37-43
• 3.2.1 引言37-39
• 3.2.2 UWB链路预算39-43
• 3.3 本章小结43-44
• 4 基于FCC-EM的波形设计44-50
• 4.1 引言44
• 4.2 随机系数加权的波形设计44-47
• 4.2.1 算法模型44-45
• 4.2.2 RCWM算法仿真45-47
• 4.3 最小平方误差准则的波形设计47-49
• 4.3.1 算法模型47
• 4.3.2 LSE算法仿真47-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 基于频谱约束优化的波形设计50-68
• 5.1 引言50
• 5.2 SHAPE算法模型及分析50-52
• 5.3 SCOM算法模型52-55
• 5.4 用于仿真的LFM信号模型55-59
• 5.5 SCOM算法性能仿真59-67
• 5.5.1 SCOM算法的频谱凹槽产生性能59-63
• 5.5.2 SCOM算法的收敛性能63-64
• 5.5.3 SCOM算法的功率控制能力64-67
• 5.6 本章小结67-68
• 6 总结与展望68-70
• 6.1 总结68-69
• 6.2 展望69-70
• 参考 文献70-73
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况73-74
• 致谢74

【参考文献】

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本文编号：830482