超宽带系统中接收技术研究

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超宽带(UWB)作为一种新颖的短距离无线通信技术,它采用极窄脉冲(纳秒量级)传送信息,相应地,其占有很宽的带宽(吉赫兹量级)。UWB具有高速率、低功耗、低成本、精确定位等优点,可作为无线传感器网络(WSN)和无线个域网(WPAN)等网络的物理层技术,有着广阔的应用前景。然而,在室内环境中,UWB无线信道具有密集多径的特点,由此引起的码间干扰(ISI)会严重地影响系统性能。此外,随着系统用户数的增加,多用户干扰(MUI)也成为影响UWB系统性能的重要因素。因此,设计适合于实际应用的高性能、低复杂度的接收机是UWB的重要研究方向之一。传统的Rake接收机,具有结构较简单,能有效合并多径分量的优点。但UWB室内信道的多径数多达几十乃至上百条,随着Rake接收机支路(finger)数的增加,其实现复杂度将难以接受,且Rake接收机在多用户情况下性能受限。为了有效抑制MUI,多用户检测技术(MUD)技术被应用于UWB系统中,考虑到无线信道的时变特性及实现复杂度等因素,一些盲自适应MUD方案更被关注。本文主要针对超宽带系统在多径、多用户环境下的接收检测技术进行了研究,主要的研究内容和创新性成果如下:1.提出了一种适用于TH-UWB系统的盲Rake接收机方案。该接收机首先利用跳时(TH)码的良好相关性设计滤波器,消除部分MUI和ISI;再对滤波器的输出数据采用紧缩近似投影子空间跟踪(PASTd)方法进行信道估计并实现最大比合并,进一步提高输出信干噪比(SINR)。该接收机克服了传统Rake接收机不能消除MUI的缺陷,仿真结果证实,该接收机的误码性能优于传统的相关接收机和Rake接收机,且其所需先验知识较少、计算复杂度较低。2.将线性预测方法应用于DS-UWB系统中实现盲多用户检测。该算法首先通过对接收数据进行线性变换和线性预测来抑制MUI,再对线性预测误差采用子空间跟踪算法进行信道估计,消除ISI。仿真结果表明,在超宽带信道模型下,与传统的接收机相比较,其具有较低的误码率和较好的抗远近效应能力。3.设计了一种盲自适应多用户检测方案,用来解决高速TH-UWB系统中的MUI和ISI问题,该方案首先采用约束递归最小二乘恒模算法(RLS-CMA)消除MUI和ISI;接着在信道估计的基础上采用最大比合并进一步提高系统性能。仿真结果表明,提出的接收机在UWB四种类型信道下能快速收敛,且误码性能较好。4.提出了一种降秩盲自适应接收方案,该方案首先将最小输出能量(MOE)算法和多级维纳滤波(MSWF)方法相结合,实现盲自适应解相关,抑制MUI并提取期望信号各多径分量,再进一步采用PASTd算法估计信道并进行最大比合并,提高输出信干噪比。该方案在解决DS-UWB系统中MUI和ISI问题的同时,采用MSWF降秩方法减小了计算复杂度,仿真结果验证了其有效性。
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