数字化脉冲超宽带关键技术研究

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随着人们对于近距离无线互联需求的日益增强,超宽带(Ultra Wideband, UWB)技术凭借其强大的竞争力受到了越来越多的关注,本文针对其中以低复杂度、低功耗、低成本等为技术优势的脉冲超宽带(Impulse Radio Ultra Wideband, IR-UWB),给出了一种全数字实现的系统结构,以适应电子通信设备便捷,环保,高兼容的发展趋势。   本文首先分析了IR-UWB系统全数字实现的关键技术,并着重研究了其中的两个重要环节——发射端脉冲生成和接收端高速采样。针对前者,在常用的脉冲波形设计及生成方法基础上,理论分析了基于高斯脉冲合并的脉冲生成方案;对于后者,主要分析了时间交替采样和频域通道化采样的原理及优缺点,并重点介绍了带通采样定理,将其作为该全数字系统降低采样频率的有效手段。   接着,本文探索了有限更新率(Finite Rate of Innovation, FRI)采样理论在全数字脉冲超宽带系统中的应用。该理论将非带限信号的非线性重建转换化为线性的有限参数估计,能有效降低对采样频率的要求。本文在分析其原理及常用重建算法的基础上,结合脉冲超宽带系统特点,提出了相应的有限更新率采样信道估计模型,并在简化的信道模型中进行了仿真验证,仿真结果表明,该方法能够在低于奈奎斯特采样频率下,对特定信道进行有效重建,到达了预期目的。   最后,本文介绍了一种适合全数字脉冲超宽带系统的数字接收方案,该方案利用本地样值模板进行相关接收。为了在复杂度、接收性能及传输效率之间进行折衷,本文给出了相应的两种基于数据辅助的样值模板估计方法,并以BPSK和2PSM-BPSK两种调制方式为例,考察了该方案的可行性,分析包括量化精度、量化间隔等因素对系统性能的影响。仿真结果表明,该接收机可以在低精度量化带通采样条件下有效工作,复杂度较低,具有较大的实用价值。
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