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1、浙江大学硕士学位论文多径信道条件下时跳脉冲无线电信号的设计姓名：朱学生申请学位级别：硕士专业：电子科学与技术指导教师：王勇;陈抗生20060201浙江大学硕士学位论文摘要由于超宽带信号的传播特性与传统的窄带信号有很大的不同，为了分析超宽带系统的容量以及合理评估不同的系统设计方案，建立一个合适的、准确的超宽带信道模型是非常必要的。I E E E8 0 2 1 5 3 a 工作组在大量的测量数据和超宽带信道模型的基础上，推荐了一个标准信道模型。该模型与测量数据吻合的比较好，但是模趔中引入的多径幅度的对数正态分布和表征阴影效应的凶子使得从理论角度分析系统的性能有很大的困难。而且该模型为连续时间模型，
2、在评估基带系统的性能时，必须按照系统的采样间隔对其进行离散化。本文首先讨论了该模型的离散化，提取了离散化信道模型的参数。离散化的信道模型便于分析超宽带信道的信道容量。利用超宽带室内多径信道模型，本文还讨论了脉冲无线电的信号- 嫂计，包括脉冲波形设计和时跳扩频参数设计。在脉冲无线电中，常用的窄脉冲是高斯脉冲的系列微分。不同的脉冲对系统允许发射的最大功率、系统的抗多径衰落性能等有很大的影响。本文研究了脉冲的带宽和相对带宽对系统的抗多径衰落性能的影响。时跳扩频参数不仅影响了系统的多址按入性能，而且影响了发射信号的频谱，对系统在频率选择性信道中的性能有很大的影响。本文讨论了不同的时跳扩频参数对系统误码
3、率的影响，给出了时跳扩频参数的设计指导。论文的重点和创新点在于：分析了超宽带系统的室内多径信道模型的离散化处理，给出了离散化信道模型的参数；利用多径信道模型，分析了时跳脉冲无线电系统的信号设计，包括脉冲波形设计和时跳扩频参数设计。关t 词一超宽带，离散时间信道模型，高斯系列脉冲，时跳参数设计浙江大学硕士学位论文A B S T R A C TT h et h e s i sf i r s ta n a l y z e dt h ei n d o o rU W Bm u l t i p a t hc h a n n e lm o d e l ，g a v et h ep a r a m e t e
4、 r so fd i s c r e t et i m ec h a n n e lm o d e l U s i n gI E E E8 0 2 ，1 5 3 ac h a n n e lm o d e l ，t h es i g n a ld e s i g no ft i m eh o p p i n gi m p u l s er a d i ow a sd i s c u s s e du n d e rm u l t i p a t he n v i r o n m e n t s T h ee f f e c t so fv a r i o u si m p u l s ew a
5、 v e f o r r r ma n dt i m eh o p p i n gp a r a m e t e r so ns y s t e mp e r f o r m a n c ew e r ea n a l y z e d B a s e do nl o t so fm e a s u r e m e n t s ，I E E E8 0 2 1 5 3 ag r o u pp r o p o s e da l li n d o o rU W Bc h a n n e lm o d e lf o re v a l u a t i n gv a r i o u sp r o p o s
6、 a l s T h i sm o d e li sc l a i m e dt ob e t t e rm a t c ht h em e a s u r e m e n L s ，H o w e v e r ，i ti sac o n t i n u o u st i m em o d e l ，a n dt h el o g - n o r m a ld i s t r i b u t i o na n dt h es h a d o w i n gf a c t o rr e n d e rt h i sm o d e ll e s st r a c t a b l ef o rt h
7、 e o r e t i c a lp e r f o r m a n c ea n a l y s i sa n dq u a n t i f i c a t i o no ft h ec h a n n e l i n d u c e dd i v e r s i t ya n dc o d i n gg a i n s T h ec o n t i n u o u st i m em o d e lw a ss a m p l e di n t h i st h e s i s ，a n dt h ep a r a m e t e r so ft h ed i s c r e t et
8、i m em o d e lw e r eg i v e n ，T h ep a r a m e t e rd e s i g no ft i m eh o p p i n gi m p u l s er a d i o ( T H I R ) s i g n a l s ，i n c l u d i n gp u l s ew a v e f o r m sa n dt i m eh o p p i n gp a r a m e t e r s ，w a sa n a l y z e db yas e m i a n a l y s i sm e t h o da n dM o n t eC
9、 a r l os i m u l a t i o n T h ei n f l u e n c eo ft h eb a n d w i d t ha n df r a c t i o n a lb a n d w i d t ho fb a s e b a n dp u l s eo nm u l t i - p a t hf a d i n gw a ss i m u l a t e d T h ee f f e c t so ft i m eh o p p i n gp a r a m e t e r sO nB E Rp e r f o r m a n c eo fas i n g
10、l eu s e rT H - I Rs y s t e mu s i n gR a k er e c e i v e r sw e r es t u d i e d G i v e nt h eb i tr a t eo faT H - I Rs y s t e m ，t h ed e s i g ng u i d e l i n e so ft i m eh o p p i n gp a r a m e t e r sW e r ep r o p o s e dt oo p t i m i z et h eB E Rp e r f o r m a n c e K e y w o r d s
11、 ：U W B ，d i s c r e t et i m ee h a o n e lm o d e l ，G a u s s i a np u l s e ，t i m eh o p p i n gp a r a m e t e r s2浙江火学碗士学位论文第一章绪论本章简单介绍超宽带系统的基本概念。第一节介绍超宽带的历史、超宽带系统的定义、F C C 频谱限制、超宽带系统的优点和应用。第二一 节介绍超宽带系统不同的实现方案和标准化进程。最后，介绍一下本文主要讨论的问题和组织结构。1 超宽带系统介绍1 1 超宽带历史超宽带( U l W a W i d eB a n d w i d t h
12、 ，U W B ) 通信的历史渊源，可以追溯到1 9 0 1年马可尼发明越洋无线电报的时代。现代意义上的超宽带无线通信技术，源自1 9 6 0 年美国军方对新的军用雷达技术的研究，其研究和应用一直在美国军方的支持下秘密进行【1 】。2 0 世纪末，超宽带技术才逐渐转向民用。1 9 9 3 年R A S c h o l t z 的论文 2 提出了时跳脉冲无线电( T i m eH o p p i n gI m p u l s eR a d i o ) 的概念，才揭开了这项技术的神秘面纱。对超宽带技术在无线通信领域的应用引起了学术界的广泛关注，各个方面的研究也逐渐深入的开展起来【3 ，4 ，5 】
13、。自1 9 9 8 年起，美国联邦通信委员会( F e d e r mC o m m u n i c a t i o nC o m m i t t e e ，F c c )针对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共存的问题开始广泛征求业界意见，在美国军方和航空界等众多不同意见的情况下，F C C 仍开放了超宽带技术在短距离无线通信领域的应用许可，这充分说明超宽带技术具有很大的技术潜力和广阔的应用前景。2 0 0 2 年2 月，美国联邦通信委员会( F C C )批准超宽带技术进入民用领域 6 ，从此对超宽带技术的研究，特别是超宽带在短距离室内通信系统中的应用，成了当前的研究热点。
14、I E E E 专门成立了8 0 2 1 5 3 a 工作组来制定基于超宽带技术的无线个人区域网( W i r e l e s sP e r s o n a lA r e aN e t w o r k s ，1 i | P A N ) 的物理层替代标准 7 。另外超宽带技术也被应用在I E E E8 0 2 1 5 4 a 低速率无线个人区域网中。为了促进并规范超宽带技术的发展，2 0 0 2 年2 月F C C 发布了超宽带无线设备的初步规定【6 】并重新定义了超宽带技术。根据F C C 的定义，信号的带宽大于5 0 0 M H z ，或者其相对带宽大于0 2 都叫做超宽带信号。这里相对带宽
15、的定义为5浙江大学硕士学位论文F B ：立丑：2 立五) | ! H j r L其中，扫和五分别是信号功率谱的高端和低端频点( 按- - 1 0 d B 计算) ，与传统的3 d B 带宽的定义不同，如图1 1 所示。对于一般的窄带通信系统，相对带宽1 一般小于1 。由F C C 的定义可知，超宽带技术没有限定无线通信的具体实现方式( 信号调制方式、扩频方式、工作频带等) ，任何满足F C C 定义的无线通信形式 8 ，9 】都属于超宽带技术的范畴。图1 1 超宽带的定义超宽带无线通信之所以能引起工业界和学术界的高度重视，是因为它具有以下的特性和优点。( 1 ) 传输速率高、系统容量大根据S
16、h a n n o n 公式，系统的最大传输速率与系统的带宽成正比。超宽带通信的带宽至少为5 0 0 删z ，其传输速率可达1 G b p s 以上。传统的无线通信系统因为频带窄，要实现1 0 0 M b p s 以上的传输速率，必须采用多进制调制等方法，这就对信噪比提出很高的要求，同时提高了系统的复杂性。U W B 信号的高带宽带来了极大的系统容量，由于U ? B 无线电信号发射的冲激脉冲占空比极低，系统有很高的增益和很强的多径分辨力，所以系统容量比其他的无线技术都高。( 2 ) 系统相对简单，成本低，功耗低U W B 系统不需要正弦波调制和上、下变频，也不需要本地振荡器和混频器等，因此系统的体积小，结构比较简单。此外u W B 的发射功率有严格限制，频带宽度为1 5 0 0 d t t z 的U W B 系统，其发射功率不得超过一9 5 4 d B m 6 ，1 0 ，所以U W B 系统的发射功耗和成本也很低。6新江大学硕_ 上学位沦土F B ：垃：2 皿( 11
