文档介绍：国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级:公开
工学硕士学位论文
压缩感知框架下的 IR-UWB 通信研究
硕士研究生:姚海平
导师:张钦宇教授
申请学位:工学硕士
学科:信息与通信工程
所在单位:深圳研究生院
答辩日期:2011 年 12 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index:
:
Thesis for the Master Degree in Engineering
A RESEARCH OF IR-MUNICATION
UNDER PRESSED SENSING
FRAMEWORK
Candidate: Yao Haiping
Supervisor: Prof. Zhang Qinyu
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Information munication
Engineering
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defense: December, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论
摘要
IR-UWB 技术无需载波,利用纳秒(ns)至皮秒(ps)级的窄脉冲携带
信息,具有频谱宽、功率低、抗干扰能力强等诸多特点,在雷达、测距、监
控等领域应用广泛。数字化接收机,具有灵活度高、复杂度低、易于实现等
优势,是 IR-UWB 接收机的首选框架。但是,IR-UWB 信号通常拥有上 GHz
的带宽,接收机的采样单元面临着巨大的压力。同时,采样芯片的发展并不
遵循摩尔定律。因此,难于“低成本、低复杂度”地实现 IR-UWB 通信。
pressed Sensing,CS)理论,在信号处理领域,
一经提出便受到广泛地关注。该理论表明,当一个信号具有稀疏性或者可压
缩性时,可以通过少量的信号投影值进行高精度信号重构。同时,CS 理论也
为解决 sub-Nyquist 采样率条件下的信号解调问题提供了新方法。IR-UWB 信
号在时域具有很高的稀疏度,同时多径信道具有天然稀疏性,满足了 CS 理
论应用的前提条件。所以,将 CS 理论应用于存在信号采样瓶颈的 IR-UWB
通信系统的方案是具有可行性的。
本文充分利用 IR-UWB 信号和多径信道的特点,在已有研究的基础上,
对 CS 框架下的 IR-UWB 通信系统展开深入系统地研究。首先从理论背景出
发,总结 IR-UWB 的关键技术和 CS 理论框架。然后,给出基于 CS 的 IR-UWB
系统的框架,并结合已有文献分析了 IR-UWB 通信在 CS 框架下实现的可行
性。本文采用“导频辅助+BPM&M-PPM”这种信令方式,实现 100Mbps 的
高速 IR-UWB 通信。在接收端,给出模拟前端和数字后端的具体方案,详细
叙述压缩采样过程,在 CS 框架下实现信道估计和信号解调。在信道估计部
分,引入易于实现的相关测量矩阵进行信道估计。针对信号解调问题,提出
两种解决方案:重构映射法和压缩域直接分类法。重构映射法,虽然需要较
多的测量值,但迭代次数少且误码率性能好。压缩域直接分类法,无需重构
原始信号,需要的测量值少,降低硬件复杂度。本文采用 OMP(正交匹配追
踪)算法对压缩信号进行重构。从相对误差仿真结果看,相关测量矩阵的引
入,提高了多径信道估计性能。从误码率仿真结果看,接收端存在严重 ISI
的情况下,当 ENb / 0 为 20-30dB 时,两种解调方法都有比较好的误码率特性。
两种方法的提出,为 IR-UWB 信号解调问题提供了新的思路。
关键词:IR-UWB;压缩感知;信道估计;信号解调;OMP
- I -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论
Abstract
IR-UWB (Ultra-wide Bandwidth Impulse Radio) transmits information by
generating radio energy at specific time instants with the shape of a puls