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超宽带(UWB,Ultra Wideband)无线通信技术以高传输速率、高分辨率和低功耗等优点日益受到人们的青睐,已逐渐成为无线通信领域研究、开发和应用的热点,并被视为下一代无线通信的关键技术之一。超宽带国际标准ECMA368/369的出现进一步推动了UWB的规范化和实用化进程。
ECMA-368/369中的频谱使用不符合我国超宽带发展的实际情况,且其频谱使用不够灵活,频谱利用效率不高,对硬件实现要求也比较高;而东南大学提出的第一代DC-OFDM超宽带系统方案与ECMA-368/369相比,具有频谱使用灵活、频率利用效率高等特点,但是其最初依据的超宽带使用频谱等内容都已不符合最新现状,所以我们有必要在第一代DC-OFDM方案上进行改进,使其符合超宽带的最新发展要求,并称之为Enhanced DC-OFDM方案。本学位论文把Enhanced DC-OFDMUWB系统逻辑信道划分、多用户动态资源分配、多速率设计、物理层技术以及双模式通信等内容作为主要研究课题,属于UWB传输技术的研究范畴。
论文首先对现有的几种UWB无线通信方案进行了讨论,包括无载波脉冲方案、DS-CDMA方案、MB-OFDM方案以及第一代双载波OFDM方案。
其次,本文详细分析了有关单载波跳频序列的技术原理,在此基础上,给出了双载波跳频序列相关函数定义,并且推导了非重复双载波跳频序列的理论限,提出了非重复菲完全双载波跳频序列的构造算法,据此设计了Enhanced DC-OFDM系统逻辑信道划分方案,与几种同类技术相比,该方案具有最低的碰撞概率,提高了系统在多微网通信条件下的性能。
第三,通过对已存在的各种动态资源分配算法的研究与分析,我们发现无论是单用户的Hughes-Hartogs贪婪算法,还是多用户的最优WONG算法以及次优MAO算法,都追求在比特分配、自适应调制以及子载波分配上联合最优,不符合采用固定调制的DC-OFDM系统,所以本文提出了适合该系统的固定调制OSCA算法,与同类分配算法相比,性能得到了很大的改善。此外,由于目前的几种UWB系统支持的速率过于单一,不满足无线多媒体业务速率多样化的传输要求,论文还给出了一种多速率设计方案,在不增加系统复杂度的情况下,支持更多速率的数据传输。
论文最后,对Enhanced DC-OFDM UWB系统物理层方案进行了深入研究和探讨,根据系统收发信机框图分析数据流流向过程,给出系统基本参数,并对物理层的一些技术方案进行分析研究。同时就Enhanced DC-OFDM系统方案与国际标准方案的互联互通问题,给出一种双模式超宽带无线通信方法(DM-OFDM),最后对两种方案的性能进行仿真和分析。