关键字 |
| 超宽频、OFDM SINR,多样性。 |
介绍 |
| 超宽带(UWB)通信是最有前途的技术之一。非常大的带宽的频谱(从3.1−10.6 GHz)支持创新的通信系统,能够快速和有效的方式传输数据。 |
| 多路径干扰是在窄带技术问题,导致衰落和波干扰是毁灭性的。一些超宽频系统使用“耙”接收机技术恢复multipath-generated副本的原始脉冲提高接收机性能。其他超宽频系统使用channel-equalization技术来实现更好的性能。[3] |
| 及时IR-UWB可以进一步subcategorized跳跃(TH)超宽频和直接序列(DS)超宽频。基于脉冲超宽频,通常只提供一个物理通道,为了传输最大效应必须这个通道涵盖尽可能完全可用的频谱。信号完全填补可用3.1 GHz - 10.6 GHz带宽给出了0.55 mw的最大传输功率(-2.6 dbm)当执行集成在FCC的面具。传输信号的频谱将取决于信号的脉冲波形和脉冲方式放置在时间域。最常见的脉冲形状高斯脉冲的不同变化。 |
| 有几种类型的调制方案可以应用在每个各自的乐队。正交频分复用(OFDM)是最常见的。多频带OFDM联盟(MBOA)是一个全球60多个大公司组成的组织,支持MB-UWB单一的技术方案。高数据率应用,超宽频将是更好的解决方案,因为它归一化能量消耗低。超宽频系统的优点包括简单的实现,数据速率高,固有的多路径衰落的鲁棒性,操作的灵活性,低功耗,低成本的实现。 |
相关工作 |
| 在OFDM, ISI通常指干扰之前的OFDM符号的OFDM符号。除了保护ISI的OFDM,警卫期间还提供了预防时差。OFDM的优点是有效地处理多路径衰落,通道延迟扩展,增强渠道能力,自适应地修改调制密度和窄带干扰的鲁棒性。OFDM的缺点是FFT调制和解调的复杂性,必须与均衡器的复杂性相比,同步和开销。循环扩展增加的长度没有增加产能的象征。飞行员音调简化均衡和跟踪不增加产能。 |
米姆 |
| 多天线技术大致可分为两类即多元化技术和空间复用技术。技术多样性打算接收相同的地信号在多个天线或传输从多个天线,从而提高传输的可靠性。分集技术的基本思想是将瑞利衰落无线信道变成更稳定的AWGN信道没有任何灾难性的信号衰落。 |
| 空间复用技术,另一方面,多个独立的数据流同时通过多个发射天线,从而实现更高的传输速度。当使用空间复用技术,最大可实现的传输速度可以一样的MIMO信道的容量;然而,当使用多样性技术,可实现的传输速度可以远低于MIMO信道的容量。NR×NT MIMO系统Fig.2.1所示的由多个发射器和多个接收器组成。 |
| 一个典型的多用户通信环境中多个移动电台是由一个基站在细胞系统。四分之三的用户选择和分配通信资源如时间、频率和空间流。 |
MIMO-OFDM结合 |
| 所有无线链接是受三个常见问题的速度、范围和可靠性。这些参数是相互关联的,严格的规则。只有牺牲速度可以增加范围和可靠性。范围可以扩展的速度和可靠性可以改善通过减少的速度和范围。MIMOOFDM提供了在一个包中所有的提供速度,同时范围和可靠性。 |
| OFDM,单通道内的谱带可分为多个小sub-signals传输信息同时不受干扰。因为MIMO技术是能够联系在一起许多较小的天线作为一个工作,它可以接收和发送这些OFDM多个sub-signals的方式可以大大增加到每个用户的带宽要求。OFDM技术用于减轻多路径传播问题,文中用于光谱带宽的有效使用,因此这些技术相结合,结果在无线系统最佳光谱覆盖范围和可靠传输衰落环境。MIMO满足了空间多样性而OFDM可以使用FDD或TDD多路复用技术。在空间域,MIMO提供更大的容量。在OFDM调制方法简化了均衡过程通过消除国际符号干扰(ISI)。 |
| MIMO和OFDM的结合,可以获得更大的信道容量和鲁棒性,实现通道障碍像情报局通过循环前缀(CP)和多径衰落的自适应比特加载。OFDM生成慢时变信道溪流和MIMO传输信号在多个渠道的有能力使用数组天线。因此,组合深受FDM虽然天线系统可以生成非常有益的结果。OFDM信号的对象,而另一方面,文中从多路径传播的优势。 |
RAKE接收机 |
| rake接收机是一种无线电接收机设计对抗多径的影响,一些相关器分配给一个不同的多个组件。每个手指独立解码一个多路径组件;后来逐渐消失。它通过使用一些“sub-receivers”手指,所有手指的贡献相结合,以最大限度地使用不同的每个传输路径的传播特征。这很可能导致更好的信号噪声比(或Eb /不)在多径环境中比在一个“干净”的环境。 |
| 无线电波传输的多路径通道可以被视为传输原始(LOS)脉冲通过组件的数量。这些组件被推迟的原始副本透射波穿越不同的回声路径,每一个都有不同的大小和接收机到场时间。因为每个组件包含的实际信息,如果大小和时间计算(阶段)的每个组件到达接收者(通过一个称为信道估计的过程),那么所有的组件可以添加前后一致地提高信息的可靠性。Rake接收机是常见的在各种各样的CDMA和WCDMA无线设备,如移动电话和无线局域网设备。 |
能量检测接收机 |
| 能量检测接收机是一种非相干接收机用于确定信号的功率谱密度。它收集能量多路径(例如)集成了接收信号的能量。没有正相反的信号,不需要信道估计在这个接收器。 |
现有的系统 |
| 能源检测接收器超宽频脉冲无线电通信与二进制脉冲位置调制(BPPM)非常容易受到窄带干扰。因此,基于信号发射机和接收机优化方案Interference-plus-Noise-Ratio (SINR)。首先,SINR优化基于完整的信道知识。位置知识然后通过统计信道模型。绩效评估基于一个简单的通道模型用于能让人了解到的基本行为派生的优化方案。位置知识可以提高数据传输和有助于成功地抑制窄带干扰。[1] |
系统模型框图 |
| 系统的框图模型Fig.2.1所示。发射机使用BPPM,即。 |
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| 为传播符号= 0,发送脉冲p (t)在第一次槽和“1”,它在第二时间段发送。时间槽的长度Tppm是Tsymb符号持续时间的一半。脉冲的极性cn是随机选择,以避免离散谱线的光谱传输信号。[4] |
| 广义能量探测器由一个带通滤波器的带宽B和中心频率fc,平方设备和后检波滤波器脉冲响应g (t)数据检测是基于两个样品每个符号在能量检测器的输出。相比第一次槽中的能量是能量在第二时间段。如果后检波过滤器有一个矩形脉冲响应(滑动窗口集成商),那么广义能量检测接收机对应于一个传统的能量探测器。 |
| 的检测性能,后检波滤波可以适应信道条件和窄带干扰场景。一个符号的传播a0€{0,1}。热噪声和窄带干扰建模为零均值高斯随机向量n(第一次槽)和n(第二时间段)。他们给出了协方差矩阵包括带通滤波器 |
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| Σw和Σi表示分别限带噪声的协方差矩阵和干扰。后检测滤波器的脉冲响应是堆成一个向量在相反的顺序,即g = (g (N), g (N - 1)…g [1]) t .这个系统模型相当于连续时间收发机结构中描述Fig.3.1下以下假设: |
我,采样周期t必须至少满足 考虑到平方操作。 |
| 二世。窄带干扰是高斯分布的。 |
| 三世。传输位也同样可能和每个符号只有一个脉冲传播完美同步接收机。 |
信号干扰噪声比 |
| signal-to-interference-and-noise比(SINR)被定义为 |
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| z0表示接收机的输出和期望是对噪音和干扰。术语α收集期望信号的贡献,即接收到的脉冲q,这是平方,卷积后检测过滤器。结合其他条款:所有扰动的贡献β信号和噪音的产品+噪声干扰和γ的平方+干扰贡献分别为第一和第二时隙。可以编写SINR的平方信号,混合项和的平方噪声项如下: |
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| 通道实现,以下使用介词。 |
| 介词1:SINR的传输脉冲“p”。 |
| 介词2:SINR的后检波过滤“g”。 |
| 发射机或接收机方案的优化基于统计信道知识即信道脉冲响应的协方差矩阵将位置知识。[5] |
现有系统的缺点 |
| 接收机是容易受到窄带干扰和误码率高于0.1。更多的复杂性包括实现数量和SINR发射机和接收机的优化方案。 |
提出了系统 |
使用脉冲的脉冲 |
| 超宽带通信从根本上是不同于其他通信技术因为它拥有极其狭窄的射频脉冲发射器和接收器之间的沟通。连续波形有定义良好的窄频带信号能量,使它非常免疫检测和拦截。Fig.4.1代表一个超宽频脉冲在时间和频率域。 |
| 低工作周期提供了一个非常低的平均传动功率超宽频系统。超宽频系统的平均传动功率的毫瓦,一千倍的传动功率的手机。然而,个别超宽频脉冲的峰值或瞬时功率也相对更大,而是因为他们只有很短的时间内传输(吨小于1 ns),平均功率要低得多。因此,超宽频设备要求低的传输能量由于控制工作周期直接翻译为手持设备电池寿命更长。由于频率是逆相关,短期超宽频脉冲能量分散到附近的一个广泛的频率从直流到几兆赫(GHz)和非常低的功率谱密度(PSD)。 |
| 宽瞬时带宽的结果从理论上的傅里叶变换的时间尺度特性: |
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| 方程的符号左边显示信号,x (t)在时域扩展的一个因素;右边代表相同的信号在频域,X (f),这是一个反向比例相同的因素。 |
| 超宽频信号可以是任何一个各种各样的宽带信号,如高斯、唧唧声,小波或Hermitebased短期脉冲。下列方程表示一个高斯独轮脚踏车作为一个例子的超宽频脉冲在时间和频率域。高斯函数的一阶导数是独轮脚踏车高斯脉冲和是由 |
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| 超宽频传输载体更少,这意味着数据没有调制连续波形与特定的载波频率,在窄带和宽带技术。载体传播需要更少的射频组件小于载波传输。为此超宽频收发器体系结构大大简化,因此成本更低。Fig.4.3比较典型的窄带和超宽频接收机的方框图。超宽频收发器架构大大减少复杂的比窄带收发器。低功率脉冲的传播不需要超宽频发射机的功率放大器(PA)。[7] |
| 少也,因为超宽频传输载体,没有必要搅拌机和本地振荡器翻译所需的频段的载波频率;因此没有必要在接收机端载波恢复阶段。一般来说,超宽频收发器的模拟前端是明显比窄带收发器的那么复杂。这种简单性使得all-CMOS(简称互补金属氧化物半导体)超宽频接收机的实现成为可能,这意味着更小的形式因素,降低生产成本。 |
结果与讨论 |
RAKE接收机的分析 |
| 初始化以下参数超宽频环境FFT样品= 1024,CP = 128,符号= 6,频率偏移= 0.25。FFT是一个方法或计算DFT算法,减少了计算的数量。循环前缀用于保持正交性和避免加载。代表分组比特。频率偏移是一个传输和接收信号频率不匹配。数据传输是由BPSK调制的方法。BPSK调制是最简单的调制方法。载波相位转移是+ 90和-90度取决于发送+ 1或- 1。然后AWGN添加数据。整个乐队与最佳相角对许多用户使用。 The equalizer estimation gives reduced timing offset and optimized phase angle. The estimation of timing offset and spectrum of transmit pulse with statistical channel knowledge is shown in Fig.5.1. |
| 分析了rake接收机的性能考虑的比特数是10 ^ 6。文中概念介绍2发射器和接收器。在发射机,0和1是同等概率生成二进制相移键(BPSK)调制是把使用0分别为1和1到0。克罗内克是一个任意的矩阵衬垫(即)。它的比特序列转换成矩阵。克罗内克积是用于维护调制比特以矩阵形式。Rake接收机中检索数据位从矩阵形式。 |
| 在超宽频环境rake接收机可以使用比其他技术位。通道使用瑞利和高斯白噪声等。通过多路径发送数据,添加噪声发生在通道。接收机已经硬编码的决定。得到的输出信噪比25 db但BER大于0.1 Fig.5.2所示。 |
| 根据MIMO概念,通过2发射器和接收器发送数据,在所有的情况下信噪比高。但误码率降低当数据传输通过第二个发射器和接收器。从图最好的信噪比和误码率值是数据传输的路径通过第一发射机和第二接收器。 |
干扰校正 |
| 干扰通过声明等参数进行计算分载体最终再= 256,CP = 16, FFT大小= 256,干扰的添加范围0到0.2的增量水平0.05。用户数量是5000。数据传输是生成和QPSK调制。调制数据添加加性高斯白噪声和多普勒干扰。 |
| 多普勒干扰与频率不匹配。为了避免干扰发射机和接收机之间的多普勒频率不匹配。能量检测接收机使用使误码率的变化在0.1的范围内。上述过程称为超宽频天线系统。误码率与信噪比的干扰校正图Fig.5.3所示。 |
分析能源检测接收机 |
| 申报等参数天线的数量= 4,副载波的数量= 52岁的块大小= 200,= 2 ^ 8 = 256传输线样本,发射机的数量= 2和接收器的数量= 2。传输数据和QAM调制方案和解调QAM解调相同的数据计划。正常化的错误组件完成,以减少误差。标准化意味着最小化重数据振幅。收到输出取得SINR大于50 db和误码率小于0.1 Fig.5.4所示。 |
| 从图,可以推断出,能量检测接收机,没有干扰条件和SINR增加情况下相同的SINR 52分贝的价值。 |
结论 |
| 能量检测接收机实现SINR 52分贝和误码率为0.07 dB使用QAM-16方案。一个跳跃多频带OFDM调制充分利用所有可用的空间和频率多样性。进一步的数量可以减少qam - 64的使用。但这调制方案在UWB-MIMO约束系统。它必须被克服获得更高的SINR价值。超宽频与高数据率适用。mimo - ofdm建议最好的超宽频带技术提供高速数据率和降低误码率。能量检测和Rake接收机提出最好的超宽频接收机的应用程序。本文更好地解释了适合超宽频的减少干扰方案。 |
数据乍一看 |
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| 图1 |
图2 |
图3 |
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| 图4 |
图5 |
图6 |
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| 图7 |
图8 |
图9 |
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引用 |
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- 低质粗支亚麻纱。L,黄。D, Medhi。D和梅塔。米”,位置感知的无线传感器网络的密钥管理方案”Proc。2004 ACMSASN,pp.29-42。
- Kinney。P,莫氏利施。奥林克。P, Sahinoglu。Z和张。J:“超宽频无线传感器网络系统”,Proc。IEEE,卷97,不。2,pp.313 - 331年2月。2009年。
- 曹。H,陈。H,周润发。C和梁。V,“身体的无线区域网络的实现技术:一项调查和前景,”IEEE Commun.Mag。,vol.47,不。12日,第93 - 84页,2009年12月。
- •奥尔。F,施泰纳。C, Troesch。F和Wittneben。,“超宽带geo-regioning:集群和定位技术,”EURASIP J。放置信号的过程。2007年11月。
- Burger.T、Steiner.C Troesch.F Wittneben。一个和Zasowski。T“硬件知道超低功率超宽频通讯系统的优化,”Proc。2007年IEEE Int相依超宽带,174 - 179页。
- Giannakis。G,罗。X和杨。L“为超宽带无线电设计最优pulse-shapers”j . Commun。Netw。,5卷,不。4,页344 - 353,Dec.2003。
- Luecken。H,施泰纳。C, Troesch。F, Wittneben。一个和Zasowski。T”,位置感知的适应和预编码低复杂性IR-UWB接收器,”Proc。2008年IEEE Int相依超宽带31-34页。
- 吴。H和朱。Y,“集成分布式横向滤波器的脉冲整形和干扰抑制超宽频脉冲无线电,”Proc.2006IEEE Int,相依超宽带。
- 张。Y,郭。C,蔡。年代。X”表现在
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菜单
考虑到平方操作。
