超宽带（UWB）关键技术分析及发展策略的思考

本文主要介绍超宽带技术的定义以及信号传输形式：基带脉冲形式和调制载波形式及其发展历史。超宽带技术具有充分利用频带资源、传输速率高、系统实现简单、功耗低、可穿透性强、定位精度高等优点;在无线多媒体局域网、无线传感网、交通系统、军事系统等领域具有广泛的应用。在无线网络体系中,将超宽带技术与现有的无线局域网技术进行比较,在10米范围内,超宽带具有传输速率高的优点;在100米以外,超宽带具有功耗低、成本低的优点。我们探讨超宽带技术的发展方向以及与其它先进通信技术,如OFDM、MIMO等相结合,将大大提高未来移动通信系统的性能。     

一种基于MB-OFDM的超宽带多址技术

基于多频带正交频分复用超宽带（MB-OFDM-UWB）通信系统,在编码器与串并变换器之间加入一个直接序列扩频器,构建一个直接序列扩频与多级跳频相结合的多址技术.利用直接序列码分多址（DS-CDMA）为用户分配地址,提高了用户容量;同时将用户的一个数据信息扩展到多个码片上,通过多个子载波发送出去,使系统具有频率分集的效果,提高了系统抗窄带干扰和抗频率选择性衰落的性能.仿真结果表明,当误比特率为10^-2时,MB-OFDM-UWB多址方案可以改善系统信噪比5 dB左右,性能明显优于TH-PPM多址方案.     

井下多媒体无线传感器网络动态子载波分配算法

提出一种基于分组比例因子(RBS)改进的动态子载波分配算法.该算法采用子载波分组的策略以降低运算复杂度,并分步执行子载波初始分配和子载波优化分配以降低系统功耗.在初始分配阶段,将相邻的若干子载波分为一组,以载波组为单位实施RBS动态子载波分配,通过减少循环次数的方式降低复杂度;在优化分配阶段,通过最差载波组交换的形式对初始分配的结果进行微调,以进一步降低系统功耗.仿真结果表明,所提出的动态子载波分配算法以很小的误码率损耗为代价,获得了更低的运算复杂度和系统功耗.     

具有陷波特性的小型超宽带天线的设计

设计了一种具有陷波特性的共面波导馈电超宽带天线.天线大小为（25mm×26mm×0.64mm）,利用仿真软件CST对其进行了仿真,对天线的阻抗特性、方向图和增益进行了研究.结果显示,该天线在3.1GHz到大于20GHz的频带范围内VSWR〈2,其中在5.1～6.2GHz间具有陷波特性.该天线在整个工作频段内有良好的辐射方向特性.     

室内IR-UWB高分辨时延估计改进算法

针对室内定位系统因多径分量的重叠和非视距传播直接影响时延估计精度的特点,采用具有高分辨特性的超宽带技术进行室内定位.而空间谱估计MUSIC算法作为一种高分辨的参数估计算法,经过变形能高精度的估计TOA时延,但仍存在谱峰搜索处理时延大的缺点.于是利用非视距传播的特点,采用MUSIC算法结合基于接收机结构的算法,改进现有的高分辨时延估计算法,仿真实验证明改进的算法可以在保证高精度时延估计的基础上降低算法复杂度.     

多用户多径环境下超宽带系统误码性能分析

为分析多径环境下脉冲超宽带跳时多址系统的性能,通过研究IEEE 802.15.3a工作组给出的多径信道参考模型,提出一个同时存在多用户干扰、多径干扰以及加性高斯白噪声情况下的超宽带系统相干解调的误码性能分析模型.针对超宽带信道环境中多径分量的泊松到达过程,采用概率理论对系统中的干扰进行分析,分别计算得到多用户干扰和多径干扰的方差,进而提出精确的系统误码率计算公式.为验证公式的有效性,在不同信道环境下将所提公式计算结果同计算机仿真以及高斯近似方法计算得到的结果进行对比,结果表明所提公式能够更好地逼近计算机仿真,从而为系统误码性能的评估及超宽带系统的设计提供依据.     

遗传算法优化设计超宽带天线

应用遗传算法优化设计一个满足超宽带频段的U型天线.该天线用阶梯结构改善U型天线的阻抗带宽,并以遗传算法与时域有限差分法(FDTD)相结合的方法进行优化,最终得到天线的尺寸.天线驻波比实测值在3.1～10.6 GHz频段内都小于2. E面、H面的仿真方向图表明该天线全向性能较好,仿真增益在3.3～6.0 dB范围内.     

共面波导馈电印刷单极天线的频带阻断

提出一种具有频带阻断特性的小型化渐变共面波导馈电矩形单极天线。通过在辐射贴片上开U形缝隙,来获得对于无线局域网（WLAN）频段的频带阻断,并详细分析了缝隙各参数对频带阻断特性的影响。分析表明,频带阻断特性可通过控制U形缝隙的位置来实现,而通过调整缝隙的长度和宽度可改变所阻断频带的位置。实验结果表明,所提出的天线实现了5.07GHz到5.85GHz的阻带特性,且具有阻抗带宽达15:1的超宽带特性。     

动态优化速率和帧长的超宽带链路自适应算法

超宽带系统因发射功率受限,其传输速率对通信距离和信道衰落十分敏感。针对这一特性,以提高媒体访问控制(M AC)层吞吐量为目的,提出了一种基于接收端估计的链路自适应算法。该算法由接收端通过在线动态优化得出实际信道中给定信噪比估值下最佳的传输速率和M AC净荷长度,并通过应答帧附带的方式通知发送端。仿真结果表明,该算法较已有算法提高了吞吐量近30%。该算法复杂度低,对信噪比估计误差不敏感,具有一定的应用潜力。     

削减NLOS误差的UWB室内定位算法

为了解决非视距(non-line of sight, NLOS)环境下超宽带(ultra-wideband, UWB)室内定位精度低的问题,提出一种基于到达时间差(time difference of arrival, TDOA)的UWB室内定位算法来削减NLOS误差,提高定位精度。利用卡尔曼滤波算法,初次估计移动标签节点与各锚节点间的TDOA值;基于TDOA差值进行NLOS误差判别,依据判别结果对受NLOS误差影响的测量值进行视距(line of sight, LOS)重构,并利用仅受LOS误差影响的历史值更新卡尔曼滤波的协方差阵;利用Chan-Taylor算法进行迭代计算,得到最终精确的定位结果。实验结果表明,在LOS环境下,提出的算法能达到分米级的定位精度;在受NLOS影响的环境下,该算法能有效提高定位精度,减小定位误差,具有更好的稳定性。