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超宽带(Ultra Wideband,UWB)无线通信技术具有传输速率高、时间分辨率优异、系统容量大、抗多径干扰能力强、功耗低和成本低等优点。在频谱资源日益紧张、传输速率不断提高的今天,超宽带无线通信技术已逐渐成为无线通信领域研究与开发的一个热点,并被视为下一代无线通信的关键技术之一。而正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术,由于具有高速数据传输能力、频谱利用率高、对抗频率选择性衰落能力强、信道频域均衡技术简单等优点,特别适合于宽带无线通信。2005年12月,对于UWB的主流实现方案之一MB-OFDM(Multi-Band Orthogonal Frequency Division Multiplexing),欧洲计算机制造联合会(European computer manufacturers associatioN,Ecma)通过了ECMA-368/369标准,规定了物理层和媒体接入控制层(Medium Access Control,MAC)之间的接口特性。
本学位论文基于ECMA368/369标准,着重研究超宽带MB-OFDM系统接收方案,并进行了设计和实现,最后对仿真系统的性能进行详细的分析。本文的篇章结构如下:
第一章首先介绍了UWB技术的概念、定义、标准、主要特点及应用。
第二章简要阐述了OFDM技术的基本原理,接着分析了OFDM技术的优缺点,最后,介绍了OFDM技术的一些关键问题。
第三章简要介绍OFDM系统中的同步技术,仔细研究了符号定时同步、频率同步的实现算法,并对基于BLUE算法的OFDM、MB-OFDM系统频偏估计,进行了性能的仿真和分析。接着对OFDM系统的信道估计、均衡问题做深入讨论,并进行了典型算法的详细介绍。
第四章基于ECMA368/369标准设计和实现了超宽带MB-OFDM系统接收方案。首先对标准和UWB信道进行了介绍,然后着重根据接收方案,在AWGN信道和UWB信道中对系统同步性能进行了详细的仿真和分析。其中,同步包括帧同步、符号定时同步、载波频偏估计和相位跟踪。利用漏检概率和虚警概率,获得最佳帧同步门限值;利用能量检测法能够可靠的检测帧的到来;由于训练序列对噪声和频偏具有很强的鲁棒性,利用滑动相关能够比较准确的进行符号定时同步;利用时域、频域、不同的相关距离、以及基于BLUE算法进行了频偏估计值的性能的详细比较,得出基于BLUE算法频偏估计性能更优,但复杂度更高的结论。相位跟踪将残余的频率偏差引起的相位偏差进行了及时的校正。论文中也对于不同的频域均衡方法进行了仿真分析,对于DCM调制解调方式也给予了详细的阐述,其中得出Sungchung算法充分利用两个符号之间的相关性来进行解调,性能更优。最后,基于ECMA-368/369标准,在理想和非理想状态下,对超宽带MB-OFDM系统性能进行了详细的仿真及分析,并就符号定时同步、载波频偏估计对系统性能的影响进行了仿真,以及对FFI、TFI交织模式进行了性能比较。