超寬帶通信中定時抖動抑制算法的研究

本文研究了直擴超寬帶通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)----定時抖動及其抑制方法，主要分析了定時抖動產(chǎn)生的原因、分布規(guī)律和各種有效的抑制方法。文中第一次對DS-UWB 系統(tǒng)定時抖動產(chǎn)生的各種原因進行了分析，給出了的定時抖動的分布規(guī)律以及各種可采用的定時抖動抑制方法，特別針對通過信道噪聲和干擾來抑制定時抖動的各種有效方法，進行了詳細(xì)的分析和討論。
自從美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）頒布了關(guān)于民用超寬帶通信系統(tǒng)的信號定義和發(fā)射功
率譜限制的相關(guān)規(guī)定后，超寬帶通信技術(shù)的商用化進程就被加快了。超寬帶通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作在國際電子電氣協(xié)會（IEEE）和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）的共同推導(dǎo)下，正在積極地進行中[1]。當(dāng)前，高速民用超寬帶通信系統(tǒng)的物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有：直接序列超寬帶（DS-UWB）與多子帶正交調(diào)制超寬帶（MB-OFDM-UWB）[2]。前者利用窄脈沖序列并結(jié)合直接序列擴頻技術(shù)來傳輸信息；而后者則利用多載波調(diào)制的方法，并結(jié)合OFDM 技術(shù)來實現(xiàn)UWB信號的傳輸。DS-UWB 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)，具有許多獨特的優(yōu)點，如高時間分辨率、高多徑分辨率和強穿透能力等，其芯片開發(fā)的商用化進程遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于MB-OFDM-UWB 系統(tǒng)。然而，DS-UWB 系統(tǒng)還有許多關(guān)鍵技術(shù)有待進一步研究，包括抗干擾技術(shù)的研究和快速自適應(yīng)同步方法的研究等等 。
超寬帶通信系統(tǒng)與許多無線系統(tǒng)共享頻譜資源帶寬（3.1GHz--10.6GHz），這使得超寬帶
與各種通信系統(tǒng)之間存在著不可避免的相互干擾。DS-UWB 系統(tǒng)采用了極其窄的脈沖寬度和非常小的占空比，其發(fā)射的單脈沖信號能量非常低，功率譜接近于亞白噪聲。因此，即使是非常小的干擾，都會破壞脈沖的固有波形，改變脈沖寬度和重復(fù)周期，并使脈沖的幅度產(chǎn)生衰落。
此外，由于脈沖序列的發(fā)生電路存在一些時鐘抖動，使得實際中產(chǎn)生的脈沖并沒有固定
不變的寬度和重復(fù)時間，這也包括接收機產(chǎn)生的本地模板信號脈沖序列。而且，由于超寬帶天線系統(tǒng)的線性性限制，會導(dǎo)致收發(fā)信號產(chǎn)生非線性畸變。所有這些影響都會在不同程度上改變脈沖信號的時域特性（脈寬和周期），使得接收機接收的信號產(chǎn)生時延抖動，也就是說，接收信號的時延不是恒定不變的，而是具有時變性的。如果收發(fā)信機的位置都是固定的，那么信號的時延幅度將以某個值為中心而上下波動。
當(dāng)攜帶時延抖動的信號到達接收端時，接收機為了正確地解調(diào)和判決接收的符號序列，就必須準(zhǔn)確地跟蹤并捕獲接收脈沖信號序列的起始點（稱為定時信號）。然而，由于硬件實現(xiàn)復(fù)雜度的限制，實際中采用的跟蹤同步方法，并不能完全準(zhǔn)確地捕獲抖動的定時信號，這就造成了接收信號與本地模板信號之間存在一定的定時誤差，而且定時誤差會隨著時間的改變而改變，于是產(chǎn)生定時抖動。
為了提高接收機的整體性能，就很有必要對定時抖動的各種有效的抑制方法進行詳細(xì)的
研究。然而，據(jù)作者了解，到目前為止，還沒有文獻具體地對DS-UWB 定時抖動的產(chǎn)生、分布和抑制進行全面地分析。在以下的內(nèi)容中，本文將從定時抖動的產(chǎn)生原因及其對系統(tǒng)性能的影響出發(fā)，通過分析抑制定時抖動的必要性及其分布規(guī)律，來詳細(xì)地討論各種可采用的定時抖動抑制方法。