關(guān)于超寬帶技術(shù)調(diào)研

1、精品文檔關(guān)于超寬帶技術(shù)調(diào)研。1 歡迎下載精品文檔目錄一、前言1二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.4三、超寬帶技術(shù)發(fā)展趨勢.7四、總結(jié)8參考文獻(xiàn)11。2 歡迎下載精品文檔一、前言1.1超寬帶無線通信技術(shù)超寬帶 (UWB)技術(shù)為擁擠的無線電頻譜帶來了新的應(yīng)用理念, 其創(chuàng)新的使用模式和用有線鏈接無法實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品特性正在吸引著全球的目光。這種短距離的傳輸技術(shù)具有耗電量低、安全性高、高速傳輸、不易產(chǎn)生干擾、低成本的芯片結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn), 更重要的是他可以幫助家庭和辦公室中的各種信息設(shè)備擺脫有線的束縛而實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。目前, 許多國家正在致力于超寬帶技術(shù)的研究開發(fā), 盡管還沒有成熟產(chǎn)品進(jìn)入市場消費(fèi)階段, 但將推動(dòng)超寬帶與大部分消

2、費(fèi)電子、移動(dòng)設(shè)備和個(gè)人電腦的連接嵌入。UWB技術(shù)在 1994 年以前主要限于軍方使用, 限制了 UWB的軟件和硬件開發(fā)。由于UWB使用許多專用頻段, 美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)直到2001 年才正式開放UWB技術(shù)的廣泛研究, 此后全球?qū)WB的研究進(jìn)入高速探討階段。隨著互聯(lián)網(wǎng)、 多媒體和無線通信的快速發(fā)展，人們對高速率、 高質(zhì)量無線業(yè)務(wù)的需求日益迫切，然而， 可用的頻譜資源卻日漸匱乏。這激發(fā)了人們對各種新技術(shù)的不斷探索，其中超寬帶（ Ultra Wideband， UWB）為解決這一問題提供了嶄新途徑。超寬帶技術(shù)適合于密集多徑環(huán)境下的高速率、 低功耗、短距離無線接入場合，可作為無線個(gè)域網(wǎng) （

3、 WirelessPersonalArea Network ， WPAN）、無線傳感器網(wǎng)（Wireless Sensor Network， WSN等網(wǎng)絡(luò)的物理層技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域和市場前景。超寬帶技術(shù)的歷史可追溯到1895年意大利科學(xué)家馬可尼采用火花隙脈沖信號實(shí)現(xiàn)的無線通信， 這被認(rèn)為是超寬帶技術(shù)的萌芽，之后，隨著窄帶載波無線通信的興起，使無載波的超寬帶技術(shù)陷入了較長時(shí)間的沉寂。直到20世紀(jì) 60年代， Ross 等人論證了超寬帶在雷達(dá)和通信方面應(yīng)用的可行性，才出現(xiàn)了現(xiàn)代意義上的超寬帶技術(shù)。超寬帶技術(shù)的理論體系則建立于20世紀(jì) 80年代，最初受到了美國國防部高級研究計(jì)劃局（ Defens

4、eAdvanced Research ProjectsAgency,DARPA）的高度關(guān)注，當(dāng)時(shí)該技術(shù)被稱為基帶、無載波、或沖激無線電（Impulse Radio，IR ），直到1989年美國國防部將其命名為超寬帶， 并將它應(yīng)用于雷達(dá)、無線通信、 成像和高精度定位系統(tǒng)。1993 年，Scholtz等人提出了跳時(shí)多址脈沖無線電概念，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，奠定了將IR作為無線通信載體實(shí)現(xiàn)多址通信的理論基礎(chǔ)。為了促進(jìn)超寬帶技術(shù)的發(fā)展，2002 年 4月，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（ FederalCommunications Commission， FCC）通過了超寬帶無線設(shè)備在嚴(yán)格功率輻射限制下的商用規(guī)

5、范，并重新對超寬帶進(jìn)行了定義。自此， 超寬帶技術(shù)的研究和應(yīng)用進(jìn)入了快速發(fā)展期， 許多國家政府都大力支持該項(xiàng)技術(shù)，一些知名公司 （如 Intel、AT&T、TI 、IBM和摩托羅拉等） 以及大學(xué)科研機(jī)構(gòu)（如斯坦福大學(xué)、南加州大學(xué)等）都在該領(lǐng)域投入了大量。1 歡迎1下載精品文檔的研究。我國也很重視這項(xiàng)有著巨大發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，在2001 年發(fā)布的“十五”國家863計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中， 首次將 “超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)”作為無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究內(nèi)容，積極推動(dòng)國內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究工作。在 2008年發(fā)布的“十一五”國家863 計(jì)劃信息技術(shù)領(lǐng)域中，支持并開展

6、了“超寬帶無線通信系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用示范”重點(diǎn)項(xiàng)目。擬通過該項(xiàng)目的支持，突破UWB 相關(guān)芯片設(shè)計(jì)和組網(wǎng)等一些關(guān)鍵技術(shù)，研制出基于自主芯片的試驗(yàn)與驗(yàn)證系統(tǒng)，推廣UWB 技術(shù)的應(yīng)用范圍。在國家一些重大項(xiàng)目的持續(xù)資助下，我國在UWB 關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方面已取得了一些重要進(jìn)展，具備了一定的芯片、軟件以及實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力。1.2 超寬帶的概念超寬帶早期被稱為脈沖無線電（IR ），即采用持續(xù)時(shí)間極短的基帶脈沖來傳送信息，是一種無載波通信方式，當(dāng)時(shí)主要被應(yīng)用于雷達(dá)、定位及測距等領(lǐng)域。直到1989年美國的DARPA首次使用超寬帶這一術(shù)語。為了推動(dòng)該技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展， 2002年 4月，美國 FCC 發(fā)布了超寬帶無

7、線通信的初步規(guī)范，將超寬帶信號定義為絕對帶寬大于500MHz 或相對帶寬大于 20%的信號，這里絕對帶寬是指10dB 帶寬，即信號功率譜密度的峰值衰減10dB 時(shí)所對應(yīng)的上限頻率 fH 和下限頻率 fL之差，而相對帶寬則定義為絕對帶寬與中心頻率之比。為了促進(jìn)超寬帶技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用，同時(shí)為了避免其對現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)的干擾，F(xiàn)CC 一方面為超寬帶系統(tǒng)開放了免授權(quán)的3.110.6GHz頻段。我國工業(yè)和信息化部的無線電管理機(jī)構(gòu)則于2008年 12月發(fā)布了“超寬帶（UWB）技術(shù)頻率使用規(guī)定”，規(guī)定中明確了超寬帶設(shè)備的發(fā)射信號帶寬至少為500MHz，同時(shí)分別給出了幾個(gè)頻段的超寬帶發(fā)射信號的EIRP 限

8、值，見表 1.1所示。表 1.1我國 UWB 無線電設(shè)備發(fā)射信號的EIRP 限值頻率范圍 (GHz)限值 (dBm/MHz)檢波方式1.6GHz 以下-901.63.6GHz-85有效值3.66.0GHz-70(RMS)6.09.0-419.010.6-7010.6GHz 以上-851.3超寬帶的特點(diǎn)與其它無線通信技術(shù)相比，超寬帶技術(shù)的主要特點(diǎn)可概括如下。（1）高速率、大容量。2 歡迎2下載精品文檔超寬帶信號的帶寬極寬，包含了高達(dá)7.5GHz的頻譜資源， 根據(jù)香農(nóng)信道容量理論，即使在 -10dB 左右的低SNR 下，也可提供約1Gbps 的通信容量， 這使得超寬帶適合于高速率無線傳輸應(yīng)用。 與

9、其它短距離無線通信方式相比較，超寬帶系統(tǒng)的空間通信容量（即單位面積上的傳輸速率）約為1000 kbps/m ，其分別是IEEE802.11b和藍(lán)牙系統(tǒng)的空間通信容量的 1000 倍和 33 倍。（2）低成本、低功耗脈沖超寬帶無需采用正弦載波而直接進(jìn)行調(diào)制，因此，系統(tǒng)的射頻前端、 模擬以及數(shù)字信號處理部分都相對較簡單， 很大程度上降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度并且易于全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。此外，超寬帶脈沖的持續(xù)時(shí)間極短，一般在 0.20ns1.5ns之間，占空比很低， 約為 0.010.001，加之 FCC 對超寬帶信號的輻射功率的嚴(yán)格限制，低于-41.3dBm/MHz 。這些因素使得超寬帶系統(tǒng)的功耗很低，僅為幾百

10、W 至幾十 mW，約是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的二十分之一左右。因此，超寬帶設(shè)備在成本和功耗上，相對于傳統(tǒng)無線設(shè)備有著很大的優(yōu)勢。超寬帶系統(tǒng)中接收技術(shù)研究（3）良好的多徑分辨率、高精度定位在時(shí)域上，超寬帶脈沖的極短持續(xù)時(shí)間和低占空比的特性使其具有極高的多徑分辨率和良好的時(shí)間解析力，一般帶寬超過1GHz 的超寬帶系統(tǒng)，能分辨出時(shí)延小于1ns的多徑分量，這有利于 Rake 接收機(jī)收集較多路徑的能量，從而提高超寬帶系統(tǒng)的抗衰落能力。研究表明，對其它無線電信號多徑衰落達(dá)1030dB 的傳播環(huán)境，對超寬帶無線電信號的衰落則不超過 5dB 。超寬帶系統(tǒng)良好的時(shí)間解析力，也使其具有精確的測距與定位能力，定位精度可達(dá)

11、厘米量級。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出全球定位系統(tǒng)（GlobalPositioning System, GPS）和其它無線系統(tǒng)的定位精度。精確定位功能可用于人員三維定位跟蹤和精準(zhǔn)的存貨追蹤管理等領(lǐng)域。（4）高度安全性超寬帶信號的發(fā)射功率非常小，而帶寬卻極寬， 因而其功率譜密度很低， 信號淹沒在背景噪聲和其它無線電信號中，不易被一些偵測設(shè)備所截獲。此外，超寬帶系統(tǒng)中可采用跳時(shí)、跳頻、直接序列等擴(kuò)頻技術(shù)，這也進(jìn)一步提高了其安全保密性能。（5）共享頻譜資源美國 FCC 規(guī)定的超寬帶系統(tǒng)的工作頻段為3.110.6GHz ，這與現(xiàn)有的大多數(shù)通信系統(tǒng)的工作頻段相重疊，為了避免對其它系統(tǒng)的干擾，F(xiàn)CC 同時(shí)對超寬帶信號的輻射

12、功率提出了十分嚴(yán)格的限制 （EIRP 不超過 -41.3dBm/MHz），這樣超寬帶可以與其它系統(tǒng)共享頻譜資源，這對于頻率資源日趨稀缺的今天尤其具有重要意義。（6）穿透能力強(qiáng)。3 歡迎3下載精品文檔超寬帶基帶窄脈沖中含有較豐富的低頻分量，所以具有很強(qiáng)的穿透地表、墻壁以及其它物體的能力，可應(yīng)用于隔墻成像或探地雷達(dá)等領(lǐng)域二、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2.1國外研究現(xiàn)狀現(xiàn)在有許多公司在進(jìn)行UWB技術(shù)的研究開發(fā)工作。美國XtremeSpectrun公司能夠提供在各種設(shè)備之間無線傳輸音頻、視頻的UWB芯片組 , 他采用雙相調(diào)制技術(shù)和IEEE 802.15.3MAC協(xié)議 , 傳輸速率達(dá)到 100 Mb/s 。 Int

13、el在 2000 年成立了 UWB研究實(shí)驗(yàn)室 , 其實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品在 23 年內(nèi)能達(dá)到 100 Mb/s的數(shù)據(jù)速率。Intel 認(rèn)為 UWB在短距離內(nèi)可以達(dá)到400500 Mb/s, 因此 Intel稱 UWB為無線 USB。TimeDomain 公司利用 UWB PPM技術(shù) , 開發(fā)了兩代PulsON 芯片 , 第三代 PulsON 商用產(chǎn)品也即將問世。2003 年 1 月 ,Philips和 GA簽訂了一個(gè)備忘錄 , 利用 Philips在 BiCOMS的優(yōu)勢和 GA的UWB技術(shù)聯(lián)合開發(fā)速率達(dá)480 Mb/s 的 UWB芯片組 , 并支持 IEEE 802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)。 Pulse Lin

14、k公司在 2003 年第一季度推出了傳輸速率達(dá)400 Mb/s的 UWB芯片組。新加坡的 Cellonics公司開發(fā)了基于非線性動(dòng)態(tài)理論的新技術(shù), 他只需要使用一個(gè)電感器和一個(gè)二極管就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制解調(diào)器, 不需要混頻器、振蕩器和鎖相環(huán)。該技術(shù)可以改善 UWB接收器設(shè)計(jì)中的相關(guān)接收 , 而且簡單、成本低, 功耗也低。美國 Discrete Time公司開發(fā)了多頻段UWB技術(shù) , 他采用不同頻段發(fā)送信息而不是發(fā)射單個(gè)脈沖。與單頻段 UWB相比 , 多頻段 UWB系統(tǒng)的每頻段內(nèi)可以用較低的速率發(fā)送信息, 這降低了 UWB的成本 , 具有較好的自適應(yīng)性 , 可以與 802.11a 共存。目前有不少

15、技術(shù)公司都對UWB技術(shù)加大了開發(fā)力度。 但由于之前 UWB技術(shù)民用化的政策還沒有得到批準(zhǔn) , 許多 UWB技術(shù)公司目前主要是通過向美國軍方出售UWB技術(shù)來維持生計(jì)。如 Time Domain公司 2002 年在獲得了的軍方合同以后, 其全年總銷售收入達(dá)到了750 萬美元 ,比他在 2001 年所取得的500 萬美元的銷售額有所增長。該公司最近已經(jīng)在開始銷售他的第一批 UWB芯片集產(chǎn)品。在 FCC批準(zhǔn)了 UWB技術(shù)民用市場之后, 在硬件方面 , 美國 MultispectralSolutions公司已經(jīng)達(dá)到了即將開始提供UWB芯片組工業(yè)樣品的階段。在操作系統(tǒng)的支持方面, 如果繼續(xù)使用現(xiàn)有的軟件

16、, 那么制造商的負(fù)擔(dān)也許并不大 , 這是因?yàn)?UWB只不過是相當(dāng)于接口最下層的物理層規(guī)格。比如 , 英特爾將 UWB定位于 / 無線 USB2.00。實(shí)際上 , 盡管還面臨著如何認(rèn)證與個(gè)人電腦連接的設(shè)備等無線技術(shù)所特有的問題, 但是只需提供用于控制終端產(chǎn)品的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序, 基本上就可以直接沿用上層程序。與此同時(shí) , 飛利浦電子與美國通用原子公司 (GeneralAtomics,GA)已經(jīng)開始聯(lián)手進(jìn)行UWB芯片組的開發(fā)工作了。飛利浦將。4 歡迎4下載精品文檔接受 GA的包括多頻帶技術(shù)/ 關(guān)鍵子頻帶0 在內(nèi)的 UWB相關(guān)技術(shù) , 使用面向RF的 BiCMOS技術(shù)開發(fā) RF 芯片。 GA的關(guān)鍵子頻帶

17、技術(shù)是將UWB的頻帶分割成15 個(gè)子頻帶進(jìn)行信號傳輸?shù)募夹g(shù)。由此我們可以看到 , 未來 UWB的市場前景還是十分廣闊的,UWB必將成為今后的主流無線互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)在我們面前。早在 1965 年，美國就確立了UWB的技術(shù)基礎(chǔ)。在后來的二十年內(nèi)，UWB技術(shù)主要用于美國的軍事應(yīng)用， 其研究機(jī)構(gòu)僅限于與軍事相關(guān)聯(lián)的企業(yè)以及研究機(jī)關(guān)、團(tuán)體。美國國防部正開發(fā)幾十種 UWB系統(tǒng)，包括戰(zhàn)場防竊聽網(wǎng)絡(luò)等。民用方面：由于超寬帶技術(shù)的種種優(yōu)點(diǎn)使其在無線通信方面具有很大的潛力，近幾年來國外對UWB信號應(yīng)用的研究比較熱門， 主要用于通信 ( 如家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)， 公路信息服務(wù)系統(tǒng)和無線音頻、數(shù)據(jù)和視頻分發(fā)等 ) 、雷達(dá) (

18、 如車輛及航空器碰撞 / 故障避免，入侵檢測和探地雷達(dá)等) 以及精確定位 ( 如資產(chǎn)跟蹤、人員定位等 ) 。索尼、時(shí)域、摩托羅拉、英特爾、戴姆勒克萊斯勒等高技術(shù)公司都已涉足UWB技術(shù)的開發(fā)， 將各種消費(fèi)類電子設(shè)備以很高的數(shù)據(jù)傳輸率相連，以滿足消費(fèi)者對短距離無線通信小型化、低成本、低功率、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫?。國際學(xué)術(shù)界對超寬帶無線通信的研究也越來越深入。 2002 年 5 月 20 23 日，IEEE 舉辦了一期會(huì)議， 專門討論 UWB技術(shù)及其應(yīng)用。2002 年 2 月 14 日，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)正式通過了將UWB技術(shù)應(yīng)用于民用的議案，定義了三種 UWB系統(tǒng)：成像系統(tǒng)、 通信與測量系

19、統(tǒng)、 車載雷達(dá)系統(tǒng)， 并對三種系統(tǒng)的EIRP( 全向有效輻射功率 ) 分別做了規(guī)定。但是，UWB技術(shù)的協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)尚未確定，只有美國允許民用 UWB器件的使用；而歐洲正在討論UWB的進(jìn)一步使用情況，并觀望美國的UWB標(biāo)準(zhǔn)。2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀2001 年 9 月初發(fā)布的 “十五 ”863 計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中，把超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)作為無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究內(nèi)容，鼓勵(lì)國內(nèi)學(xué)者加強(qiáng)這方面的研發(fā)工作。但是國內(nèi)今天關(guān)于UWB技術(shù)的深入研究僅限于雷達(dá)方面，關(guān)于 UWB通信系統(tǒng)的研究還沒有形成規(guī)模。在超寬帶領(lǐng)域， 學(xué)者們已提出了眾多的接收機(jī)設(shè)計(jì)方案和算法，對不同接收機(jī)的評

20、價(jià)主要從實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和性能測度兩個(gè)方面考慮。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度可包括接收機(jī)所需的系統(tǒng)參數(shù)（假定知識） 和計(jì)算復(fù)雜度兩個(gè)方面，而性能測度最重要的指標(biāo)是誤碼率，對于多用戶檢測器，還要進(jìn)一步分析漸近多用戶有效性和抗遠(yuǎn)近能力等指標(biāo)，對于一些自適應(yīng)算法，還需考慮收斂速度、穩(wěn)健性等因素。最簡單的超寬帶接收機(jī)是能量檢測器和匹配濾波器。能量檢測器是一種非相干接收機(jī)，。5 歡迎5下載精品文檔其通過檢測接收信號能量，并將之與設(shè)定的門限相比較，從而判決出數(shù)據(jù)信息。 能量檢測器結(jié)構(gòu)簡單， 不需要本地模板信號， 其誤碼性能與濾波器帶寬、積分時(shí)長以及信道的多徑特點(diǎn)都有著密切的關(guān)系。 匹配濾波器是一種基于相關(guān)處理的簡單而最優(yōu)接收機(jī)，

21、匹配濾波器將接收信號和發(fā)射脈沖模板進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，再對相關(guān)值進(jìn)行判決。匹配濾波接收機(jī)僅在加性高斯白噪聲（ Additive WhiteGaussion Noise， AWGN）信道下才是最優(yōu)檢測，而在多徑信道下，能量檢測器和匹配濾波器這兩種接收機(jī)性能均不理想?？紤]到超寬帶信道的特點(diǎn)，為了有效收集多徑能量，獲得分集增益，Rake 接收機(jī)被廣泛地應(yīng)用于超寬帶系統(tǒng)中。Rake 接收機(jī)在結(jié)構(gòu)上是由一組并行的相關(guān)器組成，每個(gè)相關(guān)器（Rake 接收機(jī)的支路）的模板具有不同的時(shí)延，分別對應(yīng)于不同的多徑分量，接收信號首先通過相關(guān)器組的相關(guān)運(yùn)算提取出各多徑分量，再對多徑分量進(jìn)行合并處理。 顯然，Rake 接收機(jī)的

22、性能依賴于多徑分量的選擇方式和多徑信道的估計(jì)。當(dāng)選擇處理所有多徑分量時(shí)，即為完全 Rake （All Rake， ARake）接收機(jī)， ARake 接收機(jī)的支路數(shù)等于多徑分量數(shù)，其能最大限度地提高信噪比，但其復(fù)雜度隨支路數(shù)的增加而線性增長。對于包含多達(dá)幾十甚至上百條多徑分量的超寬帶信道而言，受實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的限制， ARake 很難實(shí)際應(yīng)用， 其通常作為傳統(tǒng) Rake 接收機(jī)理論研究的性能上限。為了降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，可考慮僅選取全部多徑中的L（L 值小于總的多徑數(shù)）條路徑進(jìn)行處理。若選取的是最先到達(dá)的L條多徑分量，稱之為部分 Rake (PartialRake，PRake) 接收機(jī)，而若選取的是最強(qiáng)

23、的L 條多徑分量，則稱之為選擇性 Rake （SelectiveRake， SRake）接收機(jī)。 PRake 較之 SRake，由于無需對多徑進(jìn)行選擇， 因此復(fù)雜度較低， 但其誤碼性能不及SRake 。常用的估計(jì)算法有最大似然方法、子空間方法、隱藏訓(xùn)練序列方法、自適應(yīng)方法等。從實(shí)際應(yīng)用角度考慮，超寬帶的典型應(yīng)用場景可能是 PDA、家電產(chǎn)品等用戶終端與室內(nèi)接入點(diǎn)（Access Point ， AP）之間的通信。用戶終端的接收機(jī)往往是低成本的便攜設(shè)備，采用 Rake接收技術(shù)會(huì)增加接收機(jī)的硬件復(fù)雜度，為了解決這一問題，可以將復(fù)雜的Rake接收處理過程從用戶終端側(cè)移到強(qiáng)大的接入點(diǎn)（AP）側(cè)，即預(yù) Ra

24、ke 技術(shù)（ Pre-Rake ）。 Pre-Rake 技術(shù)是在發(fā)射側(cè)完成信道估計(jì)、分集合并以及均衡等信號處理過程，而在接收側(cè)只需簡單的匹配濾波接收機(jī)就可實(shí)現(xiàn)信號的檢測。Pre-Rake 接收機(jī)的缺陷是：對于較長的信道沖激響應(yīng)，接收側(cè)可能會(huì)出現(xiàn)高的誤碼平臺。為了克服這一點(diǎn)，當(dāng)超寬帶系統(tǒng)中存在多個(gè)用戶時(shí)，為了有效抑制MUI ，多用戶檢測（Multi-UserDetection，MUD）也被應(yīng)用于超寬帶系統(tǒng)中，同一符號信息的多個(gè)幀采用MMSE合并；OMC方案則先將不同幀的同一多徑分量采用等增益合并（ Equal Gain Combining,EGC）得到該多徑分量的合并樣值，再將多徑分量樣值采用M

25、MSE 合并；而兩步 MMSE 合并方案是。6 歡迎6下載精品文檔將不同幀和多徑分量的采樣值分成不同的組，對每組分別采用MMSE 合并。這些次優(yōu)方案由于是分步實(shí)現(xiàn)的，所以大大降低了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。次優(yōu)多用戶檢測方案是性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度之間的折衷，更接近于實(shí)際應(yīng)用，因此大部分研究都集中于此?？紤]到所需較少先驗(yàn)知識等因素，一些盲MUD 方案更被關(guān)注，其中最重要的是盲MMSE 檢測器，其批處理實(shí)現(xiàn)主要包括直接矩陣求逆法（ DirectMatrixInversion,DMI）和子空間法（Subspace, SS ），但因涉及到矩陣求逆或特征值分解（EigenvalueDecomposition, ED）等問

26、題，這兩種方法計(jì)算量均很大，且不能滿足實(shí)時(shí)性要求，另外，考慮到無線信道的動(dòng)態(tài)特性，盲自適應(yīng)MUD 方案便成為解決在線實(shí)現(xiàn)問題的關(guān)鍵，與兩種批處理方法對應(yīng)的常用自適應(yīng)算法分別是最小輸出能量（Minimum OutputEnergy,MOE）算法 和 緊 縮 近 似 投 影 子 空 間 跟 蹤 （ ProjectionApproximationSubspaceTrackingwithDeflation,PASTd）算法。然而，隨著檢測數(shù)據(jù)維數(shù)的增加，自適應(yīng)濾波器的長度也相應(yīng)的增加，這導(dǎo)致了計(jì)算復(fù)雜度的增加及濾波器穩(wěn)健性的下降。為了進(jìn)一步減小算法復(fù)雜度，降維自適應(yīng)濾波技術(shù)也受到人們的青睞，包括：主分

27、量法（Principal Component, PC）、互譜法（ Cross Spectral, CS）、輔助向量濾波（ Auxiliary Vector filtering, AVF）和多級維納濾波器（ Multi-Stage Wiener Filter, MSWF）等。其中 PC 法和 CS 法均需要通過特征值分解得到降維子空間，運(yùn)算量較大，相比較而言，MSWF無需特征值分解，具有較低的計(jì)算復(fù)雜度和接近于滿秩MMSE 接收機(jī)的性能，而AVF 與 MSWF因具有相同的降秩子空間，所以 AVF 等效于 MSWF，且兩者的計(jì)算復(fù)雜度接近?；谝陨戏治觯?本課題研究的主要工作是： 考慮到超寬帶脈沖

28、信號的特點(diǎn)并結(jié)合超寬帶室內(nèi)信道傳輸模型， 設(shè)計(jì)適用于超寬帶系統(tǒng)的接收機(jī)。設(shè)計(jì)接收機(jī)時(shí)兼顧了誤碼性能和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度的要求。 重點(diǎn)解決接收端的干擾抑制和信道估計(jì)問題。對于 TH-UWB 和 DS-UWB 兩種系統(tǒng)模型，考慮多徑、多用戶情況，提出了盲Rake 接收機(jī)、盲多用戶檢測接收機(jī)、盲自適應(yīng)恒模算法（ Constant ModulusAlgorithm， CMA）接收機(jī)以及盲自適應(yīng)降秩接收機(jī)等三、超寬帶技術(shù)發(fā)展趨勢美國國防部于1989 年首先使用了 " 超寬帶 " 一詞。那時(shí)，超寬帶理論及技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近 30 年。自 1994 年以來，美國大部分超寬帶技術(shù)的開發(fā)工作不再受到嚴(yán)

29、格應(yīng)用類別的限制。由于商業(yè)需求日益增長， 超寬帶技術(shù)的開發(fā)進(jìn)程得以大大加快。 兩方面的進(jìn)展刺激了商業(yè)需求和商業(yè)活動(dòng)： 1) 人們意識到超寬帶系統(tǒng)可以與其他使用高得多的頻譜密度的通信系統(tǒng)共存而不互相干擾；2) 美國聯(lián)邦通信委員會(huì)的報(bào)告及02-48 規(guī)范。這份發(fā)表于2002 年 2 月。7 歡迎7下載精品文檔14 日的報(bào)告及規(guī)范，定義了共存規(guī)則，其中定義了適用于各類超寬帶設(shè)備的發(fā)射指標(biāo)限制。這一法律框架刺激了專用超寬帶設(shè)備市場的誕生并從長遠(yuǎn)角度激發(fā)了人們對標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的強(qiáng)烈興趣。超寬帶的潛在應(yīng)用浩如煙海，包括無線局域網(wǎng)(WLAN)、個(gè)人區(qū)域網(wǎng) (PAN)、近距離雷達(dá)系統(tǒng) ( 汽車感應(yīng)器、防撞系統(tǒng)、智

30、能高速公路應(yīng)用系統(tǒng)、液體水平感應(yīng)裝置) 、穿透地面雷達(dá)系統(tǒng)，以及用于醫(yī)療監(jiān)控或體育訓(xùn)練感應(yīng)器的人體區(qū)域網(wǎng)。本文的重點(diǎn)放在超寬帶的連接應(yīng)用系統(tǒng)，尤其是無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)/ 無線局域網(wǎng)。眾所周知，由于美國聯(lián)邦通信委員會(huì)出于保密原因?qū)Τ瑢拵Ъ夹g(shù)做出了一些保守的限制，因而我們將重點(diǎn)放在了無線個(gè)人局域網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)范圍傳輸距離大約 10 米，數(shù)據(jù)傳輸速率從110Mbps 至 480Mbps。如此高的數(shù)據(jù)傳輸速率將很容易在用戶的起居室里實(shí)現(xiàn)數(shù)字消費(fèi)類娛樂設(shè)備的多媒體連接應(yīng)用(DVD、衛(wèi)星 / 電纜機(jī)頂盒、電視監(jiān)控器及環(huán)繞立體聲音頻處理設(shè)備) 。顯而易見，數(shù)字相機(jī)、及MP3播放機(jī)都將從與電腦的無線連接技術(shù)中受益，從

31、而為配備了有線USB2.0 或 IEEE 1394技術(shù)的設(shè)備增添額外的價(jià)值， 并有可能最終使有線連接成為歷史。我們還可以設(shè)想多房間應(yīng)用場景，盡管這將對現(xiàn)有的信號處理技術(shù)提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因?yàn)橐蟊３值桶l(fā)射功率的限制，將使信號在3-10GHz 的頻率范圍內(nèi)穿透墻面變得非常困難。盡管處于對未來無法預(yù)測的時(shí)期，隨著越來越多的消費(fèi)者將超寬帶技術(shù)接納為家用多媒體連接產(chǎn)品，標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程被看作是實(shí)現(xiàn)廣泛市場潛力的重要舉措。 能夠與自身或相鄰的非協(xié)調(diào)超寬帶微微網(wǎng)絡(luò)共存也非常重要。盡管需要解決的問題仍然很多， 包括飛利浦公司在內(nèi)的眾多業(yè)界專家，都在潛心致力于尋找合適的方法整合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，以合理的價(jià)格為最終用戶帶來標(biāo)準(zhǔn)

32、化的產(chǎn)品。四、總結(jié)4.1全文總結(jié)基于超寬帶技術(shù)的無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)在多媒體設(shè)備互連、 家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)方面極大地提高了系統(tǒng)性能，這意味著 UWB將會(huì)在無線通信領(lǐng)域的主導(dǎo)技術(shù)之一。超寬帶是無線通信領(lǐng)域涌現(xiàn)出的極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)，它采用低占空比因子（小于0.5% ）的極窄脈沖（納秒量級）發(fā)射和接收信息，相應(yīng)地，其具有很寬的帶寬（吉赫茲量級），可提供高速的數(shù)據(jù)傳輸，而極低的輻射限制 （不超過 -41.3dBm/MHz）又使得超寬帶系統(tǒng)可與已有的無線系統(tǒng)共存，為稀缺的頻譜資源利用問題開辟了新的解決途徑。與其它無線通信技術(shù)相比，超寬帶技術(shù)具有一些獨(dú)特優(yōu)勢，如高速率、大容量、低功耗、低成本、多徑分辨率高、精確定

33、位等，在軍事和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。因此也激起了人們對其研究的極大興趣。本文對超寬帶系統(tǒng)的接收檢測技術(shù)做了較深入的研究，主要的研究內(nèi)容和成果如下：。8 歡迎8下載精品文檔(1) 超寬帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、測試以及物理層技術(shù)的評估都依賴于對信道的研究，隨著超寬帶應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展， 超寬帶信道模型的研究也不斷深入， 已有的超寬帶信道模型包括：室內(nèi)信道模型、室外信道模型、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境信道模型、交通工具內(nèi)信道模型等。本文對煤礦井下超寬帶信道模型進(jìn)一步研究，采用自回歸（ AR）方法對多徑信道進(jìn)行了建模，并對信道特征參數(shù)進(jìn)行了仿真和分析，為超寬帶技術(shù)應(yīng)用于煤礦井下提供了參考。(2) 針對傳統(tǒng) Rake

34、 接收機(jī)不能消除多用戶干擾的缺陷，本文提出了一種適用于多用戶環(huán)境下盲Rake 接收機(jī)。 該接收機(jī)首先利用跳時(shí)碼的良好相關(guān)性設(shè)計(jì)濾波器，消除部分多用戶干擾和碼間干擾； 再對濾波器的輸出數(shù)據(jù)采用緊縮近似投影子空間跟蹤方法進(jìn)行信道估計(jì)并實(shí)現(xiàn)最大比合并， 進(jìn)一步提高輸出信干噪比。 仿真結(jié)果證實(shí)， 該接收機(jī)的誤碼性能優(yōu)于傳統(tǒng)的相關(guān)接收機(jī)和 Rake 接收機(jī)，且其所需先驗(yàn)知識較少、計(jì)算復(fù)雜度較低。(3) 針對超寬帶系統(tǒng)中的碼間干擾和多用戶干擾問題，本文將線性預(yù)測方法應(yīng)用于DS-UWB系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)盲多用戶檢測。該算法首先通過對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行線性變換和線性預(yù)測來抑制多用戶干擾，再對線性預(yù)測誤差采用子空間跟蹤算法進(jìn)

35、行信道估計(jì)，消除碼間干擾。 仿真結(jié)果表明， 在超寬帶信道模型下，與傳統(tǒng)的接收機(jī)相比較，其具有較低的誤碼率和較好的抗遠(yuǎn)近效應(yīng)能力。(4) 在多徑及多用戶環(huán)境下，本文提出了一種盲自適應(yīng)多用戶檢測方案，用來解決高速TH-UWB系統(tǒng)中的多用戶干擾和碼間干擾問題，該方案首先采用約束RLS-CMA 算法消除多用戶干擾和碼間干擾；接著在信道估計(jì)的基礎(chǔ)上采用最大比合并進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。仿真結(jié)果表明，提出的接收機(jī)在UWB 四種類型信道下能快速收斂，且誤碼性能較好。(5) 在解決 DS-UWB 系統(tǒng)中多用戶干擾和碼間干擾問題的同時(shí)，為了降低復(fù)雜度，本文提出了一種降秩盲自適應(yīng)接收機(jī)，該接收機(jī)首先將MOE 算法和

36、MSWF方法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)盲自適應(yīng)解相關(guān)，抑制多用戶干擾并提取期望信號各多徑分量，再進(jìn)一步采用PASTd 算法估計(jì)信道并進(jìn)行最大比合并，提高輸出信干噪比。 仿真結(jié)果表明， 其誤碼性能優(yōu)于傳統(tǒng)Rake接收機(jī)及解相關(guān)Rake接收機(jī)，且收斂速度較快、復(fù)雜度較低。4.2后續(xù)研究工作展望超寬帶無線通信技術(shù)的研究正方興未艾，但其理論研究和實(shí)際應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，一些關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，本文對超寬帶接收檢測技術(shù)的研究只是其中的一小部分工作。后續(xù)的研究擬在以下幾個(gè)方面進(jìn)一步探索：（ 1）超寬帶預(yù)處理技術(shù)在超寬帶的典型室內(nèi)應(yīng)用場景中，往往可能是TV 、PDA、家電產(chǎn)品等用戶終端與室內(nèi)接。9 歡迎9下載精品文檔入點(diǎn)

37、（ Access Point ，AP）之間的通信。對于用戶終端而言，人們希望通過減小其接收機(jī)的硬件復(fù)雜度來降低其成本，而對于 AP 而言，由于在一個(gè)房間內(nèi)可能僅需一個(gè)，因此設(shè)備的復(fù)雜度不是主要障礙?；诖?，有必要將用戶終端側(cè)的復(fù)雜接收處理過程，如信道均衡、多徑能量合并、多用戶干擾抑制等移到AP 側(cè)。即將預(yù)處理技術(shù)應(yīng)用于超寬帶系統(tǒng)中，包括預(yù)Rake（Pre-Rake ）和預(yù)均衡（ Pre-equalization）技術(shù)等。預(yù)處理技術(shù)在CDMA 系統(tǒng)中已經(jīng)被提出， 采用預(yù)處理技術(shù)需要考慮的主要問題之一是：發(fā)射機(jī)如何獲取信道狀態(tài)信息。對于時(shí)分雙工（ TDD）的 CDMA 系統(tǒng)而言，考慮到上、下行鏈路

38、的對稱性，發(fā)射機(jī)可根據(jù)接收到的信號估計(jì)信道。但對于大部分頻分雙工（FDD）的 CDMA 系統(tǒng)，往往采用接收機(jī)到發(fā)射機(jī)之間的反饋方式獲取信道狀態(tài)信息，這對于時(shí)變信道而言，額外地浪費(fèi)了頻譜資源。而在超寬帶系統(tǒng)中，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分享相同的頻譜資源，AP 可以通過上行鏈路的信號估計(jì)下行信道狀態(tài)信息。 因此預(yù)處理技術(shù)可以很好地應(yīng)用于超寬帶系統(tǒng)中，例如采用 Pre-Rake既可以實(shí)現(xiàn) Rake 功能，同時(shí)用戶終端的接收機(jī)又可簡化為一個(gè)基本的匹配濾波接收機(jī)，很大程度上降低了其實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。 而采用 Pre-equalization則可以在發(fā)射端完成消除碼間干擾和多用戶干擾的信號處理過程。（2）超寬帶 MIMO

39、 技術(shù)超寬帶技術(shù)的帶寬優(yōu)勢使其具有高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臐摿?，但各國對超寬帶信號?yán)格的輻射功率限制卻成為了其達(dá)到理論傳輸速率的制約因素。將UWB 與 MIMO 相結(jié)合而形成的UWB-MIMO技術(shù)為解決功率限制這一瓶頸問題提供了新的思路。UWB-MIMO技術(shù)的研究包括：信道測量和建模、信道容量、空時(shí)編碼、UWB-MIMO91中繼等技術(shù)。（3）認(rèn)知超寬帶技術(shù)認(rèn)知無線電（ Cognitive Radio, CR）技術(shù)是解決頻譜資源緊張以及固定頻譜分配策略所導(dǎo)致的頻譜利用率低等問題的有效途徑，其基本思想是： 自主地感知無線環(huán)境， 搜索頻譜空洞， 伺機(jī)占用此臨時(shí)可用的頻段，并能實(shí)時(shí)、 動(dòng)態(tài)地調(diào)整無線參數(shù)以避免對

40、主要用戶產(chǎn)生干擾。 CR 和 UWB 技術(shù)的共性都是為了共享頻譜資源，但在實(shí)現(xiàn)方式上各有特點(diǎn)，CR 采用的是伺機(jī)占用頻譜方法， 通過動(dòng)態(tài)改變一些操作參數(shù)，利用臨時(shí)空閑頻譜進(jìn)行有效通信；而UWB采用的是重疊式頻譜占用方法，它通過嚴(yán)格的輻射功率限制，實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有的大多數(shù)無線通信系統(tǒng)共存。結(jié)合CR 和 UWB 技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)，便可構(gòu)建認(rèn)知超寬帶（Cognitive UWB,CUWB）系統(tǒng)。 CUWB可依據(jù) CR 技術(shù)的感知結(jié)果，智能地管理頻譜，動(dòng)態(tài)優(yōu)化超寬帶系統(tǒng)的頻譜資源、 調(diào)整超寬帶發(fā)射脈沖波形，并且可以改變其發(fā)射參數(shù)，打破超寬帶發(fā)射功率限制的瓶頸，從而在不增加對現(xiàn)有系統(tǒng)干擾的前提下提高傳輸效率。1

41、0 歡10迎下載精品文檔參考文獻(xiàn)1 Zhuo Z, Mendoza D S, Wang P, et al. A low-power and flexible energy detectionIR-UWB receiverforRFID and wirelesssensornetworks. IEEE Trans. on CircuitsandSystems.2011, 7, 58(7): 1470-1482.2LiuKH, ShenX M,Zhang R N,etal.Performance analysisof distributedreservationprotocolforUWB-based WPAN.IEEE Trans. on VehicularTe