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超宽带通信中定时抖动抑制算法的研究

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  • 日期: 2013-09-20
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标签: 超宽带通信中定时抖动抑制算法的研究

本文研究了直扩超宽带通信系统的关键技术----定时抖动及其抑制方法,主要分析了定时抖动产生的原因、分布规律和各种有效的抑制方法。文中第一次对DS-UWB 系统定时抖动产生的各种原因进行了分析,给出了的定时抖动的分布规律以及各种可采用的定时抖动抑制方法,特别针对通过信道噪声和干扰来抑制定时抖动的各种有效方法,进行了详细的分析和讨论。自从美国联邦通信委员会(FCC)颁布了关于民用超宽带通信系统的信号定义和发射功率谱限制的相关规定后,超宽带通信技术的商用化进程就被加快了。超宽带通信技术的标准制定工作在国际电子电气协会(IEEE)和欧洲电信标准协会(ETSI)的共同推导下,正在积极地进行中[1]。当前,高速民用超宽带通信系统的物理层标准主要有:直接序列超宽带(DS-UWB)与多子带正交调制超宽带(MB-OFDM-UWB)[2]。前者利用窄脉冲序列并结合直接序列扩频技术来传输信息;而后者则利用多载波调制的方法,并结合OFDM 技术来实现UWB信号的传输。DS-UWB 系统结构简单,容易实现,具有许多独特的优点,如高时间分辨率、高多径分辨率和强穿透能力等,其芯片开发的商用化进程远远快于MB-OFDM-UWB 系统。然而,DS-UWB 系统还有许多关键技术有待进一步研究,包括抗干扰技术的研究和快速自适应同步方法的研究等等 。超宽带通信系统与许多无线系统共享频谱资源带宽(3.1GHz--10.6GHz),这使得超宽带与各种通信系统之间存在着不可避免的相互干扰。DS-UWB 系统采用了极其窄的脉冲宽度和非常小的占空比,其发射的单脉冲信号能量非常低,功率谱接近于亚白噪声。因此,即使是非常小的干扰,都会破坏脉冲的固有波形,改变脉冲宽度和重复周期,并使脉冲的幅度产生衰落。此外,由于脉冲序列的发生电路存在一些时钟抖动,使得实际中产生的脉冲并没有固定不变的宽度和重复时间,这也包括接收机产生的本地模板信号脉冲序列。而且,由于超宽带天线系统的线性性限制,会导致收发信号产生非线性畸变。所有这些影响都会在不同程度上改变脉冲信号的时域特性(脉宽和周期),使得接收机接收的信号产生时延抖动,也就是说,接收信号的时延不是恒定不变的,而是具有时变性的。如果收发信机的位置都是固定的,那么信号的时延幅度将以某个值为中心而上下波动。当携带时延抖动的信号到达接收端时,接收机为了正确地解调和判决接收的符号序列,就必须准确地跟踪并捕获接收脉冲信号序列的起始点(称为定时信号)。然而,由于硬件实现复杂度的限制,实际中采用的跟踪同步方法,并不能完全准确地捕获抖动的定时信号,这就造成了接收信号与本地模板信号之间存在一定的定时误差,而且定时误差会随着时间的改变而改变,于是产生定时抖动。为了提高接收机的整体性能,就很有必要对定时抖动的各种有效的抑制方法进行详细的研究。然而,据作者了解,到目前为止,还没有文献具体地对DS-UWB 定时抖动的产生、分布和抑制进行全面地分析。在以下的内容中,本文将从定时抖动的产生原因及其对系统性能的影响出发,通过分析抑制定时抖动的必要性及其分布规律,来详细地讨论各种可采用的定时抖动抑制方法。

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