多用户超宽带系统性能分析

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论1．1超宽带技术概述第一章绪论无线技术在通信发展进程中一直扮演着重要角色。伴随着移动通信十几年来的蓬勃发展及日益普及，无线家族中的另一成员——短距离宽带无线接入技术近年来异军突起。从蓝牙、HomeRF到IEEE802．1l(即Wi．Fi)系列，越来越多的人感受到了短距离无线通信技术所带来的诸多便捷。然而随着多媒体通信业务的不断发展，通信网络需要实现高速的短距离无线接入，同时需要能够实现无线终端设备在任何地点的数据交互。目前正在使用的无线通信技术已不月匕1-

2、,14氏El好的满足这些要求，因此各国学者、专家提出了不同的解决方案，其中超宽带(UWB：Ultra．WideBand)无线通信技术由于其具有低成本、低功耗、高性能等优点，成为短距离无线通信研究的热点技术。超宽带技术的研究最早应用于军事雷达和定位设备中，其概念起源于脉冲无线电(ImpulseRadio，1R)技术，随着短距离无线通信的发展和市场的需求，超宽带技术逐渐成为一种受到广泛重视的无线通信技术。2002年2月14日，美国联邦通信委员会(FCC：FederalCommunicationsCo

3、mmission)将从3．IGHz到10．6GHz的频带向UWB开放，FCC规定：相对带宽：垒粤&三盟>20％)H七)L信号称为UWB信号。其中，相对带宽为信号功率谱密度在一lOdB处测量的值，厶、五分别为功率较峰值下降lOdB时对应的上限频率和下限频率。或者还可定义为在信号功率谱密度在．10dB处的带宽大于或等于500MHz的信号为UWB信号。显然，定义中没有界定信号的时域波形特征，因此，可以有多种方式产生超宽带信号。发射超宽带信号最常用和最传统的方法是发射时域上很短的脉冲，这种传输技术也就是

4、通常称的冲激无线电(ImpulseRadio，简写为IR)。而最为常用的脉冲则是极窄高斯单脉冲。当然，在FCC公布的UWB定义里并没有限制UWB信号一定要用IR来产生，对其他可供选择的方案(非冲激脉冲方案)也是开放的。在UWB技术的竞争发展中出现了两个提议，即12]：(1)采用直接序列码分多址方式(DS．CDMA：DirectSequenceCodeDivisionMultipleAccess)的超宽带，即最初的脉冲无线电技术。这种方式是基于Motorola获得的XtremeSpectrum所创

5、建的技术，被称为直接序列扩频的技术，可以使很多传输共享相同的频率范围，这使很多微微网(被称为piconets)UWB设备互相连接更为方便。(2)1南京邮电大学硕士研究生学位论文第一苹绪论采用正交频分复用调制方式(OFDM：OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)的超宽带，这是由多频带OFDM联盟MBOA(MultiBandOFDMAlliance，MBOA)提出的，此实现方式将3．1GHrlO．6GHz频段分为多个子频段，使用载波将信号调制到各个子频段上去

6、，该物理层方案的优点是可以利用现有OFDM技术较为成熟的理论以及设备实现超宽带无线通信。本论文主要讨论的是IR．UWB，特别是对TH．UWB和DS．UWB进行研究分析。1．2超宽带无线技术特点UWB之所以引起人们的高度重视，是因为它有许多特点。UWB技术既不同于传统的窄带无线传输技术，也不同于3G蜂窝通信中的扩频宽带技术。传统的窄带或扩频宽带系统都需要使用载波将基带信号调制到射频上，而UWB技术不需载波，能直接调制脉冲信号，产生带宽高达几GHz的窄脉冲波形，其带宽远远大于目前任何商业无线通信技术

7、所占用的带宽。具体来讲，UWB通信系统与通常的载波通信或扩频通信相比主要有以下几个特点：(1)抗干扰性能强，处理增益高。超宽带处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数，UWB采用跳时扩频信号，系统将会具有较大的处理增益。在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与IEEE．802．1la、IEEE．802．1lb和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。可以做到比目

8、前实际使用的扩频系统高得多的处理增益。(2)多径分辨能力强，定位精度高。常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径扩展时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。而超宽带发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，因此UWB信号的多径分辨率极高，极高的多径分辨能力赋予UWB信号高精度的测距、定位能力。(3)传输速率高，系统容量大。数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化是通信发展的主要趋势。确保提供高质量多媒体业务的无线网络，其信息速率不能低于50Mbps。从信号传播的角度考