DS-UWB通信系统物理层及MAC层的研究与仿真分析

摘要

作为一种新兴的短距离高速无线通信技术，超宽带(Ultra-Wideband，UWB)通信已成为诸如无线USB、无线1394等高速无线应用中的关键技术。本论文针对采用m序列为扩频码、BPSK为调制方案的直接序列超宽带(Direct-SequenceUWB，DS-UWB)通信系统，分别从物理层和媒体访问控制(Medium AccessControl，MAC)层对其进行研究，研究了物理层的性能与MAC层的接入协议，并进行了计算机仿真分析。 在DS-UWB通信系统的物理层研究中，本论文借鉴了意大利学者G.Durisi的研究方法，对其关于DS-UWB通信系统误码率的计算公式进行了修正，给出一种考虑更全面的误码率近似计算方法。以此为基础，结合IEEE 802.15.3a UWB室内信道模型，研究了DS-UWB通信系统抗多用户干扰能力、抗多径干扰能力和抗系统间干扰能力，并对抗多径干扰方法进行了讨论。仿真结果表明：较TH-UWB通信系统，DS-UWB通信系统具有更好的抗多用户干扰能力；当通信速率高于100Mbps时，多径引起的符号间干扰加剧，严重制约DS-UWB通信系统性能，若采用5个叉指左右的Rake接收机，系统性能可获得明显改善；当两个异步DS-UWB通信系统同时工作时，高速率系统对低速率系统干扰严重，此时可通过适当增加低速率系统扩频码长度来抑制干扰。 在DS-UWB通信MAC层接入协议的研究中，文中首先在对新加坡学者Peng-Yong Kong提出的CT-MAC协议研究的基础上，针对DS-UWB通信物理层，修正了CT-MAC协议最优冲突域计算方法，细化了协议流程；然后将修正的CT-MAC协议与IEEE 802.11 DCF协议分别应用于同一个高速UWB通信系统，对MAC层性能进行仿真分析。仿真结果表明：在CT-MAC协议中，最优冲突域范围随带宽的增大而减小，因而可保证网络具有更多的并发通信节点，相比较DCF协议，CT-MAC协议更适合DS-UWB通信系统。

目录

文摘

英文文摘

学位论文版权使用授权书及独创性声明

第一章绪论

1.1引言

1.2超宽带通信的关键研究问题

1.3本论文的研究背景和研究内容

1.4本课题的国内外研究现状

1.4.1DS-UWB通信系统误码率分析的研究现状

1.4.2DS-UWB通信系统信道容量的研究现状

1.4.3DS-UWB通信系统间干扰的研究现状

1.4.4DS-UWB通信系统MAC层接入协议的研究现状

1.5论文的主要工作及其结构安排

1.6本章小结

第二章DS-UWB通信原理

2.1DS-UWB通信信号

2.1.1DS-PPM信号

2.1.2DS-BPSK信号

2.1.3M-BOK信号

2.2DS-UWB通信接收机

2.3本章小结

第三章DS-UWB通信系统物理层性能分析

3.1DS-UWB通信系统多用户干扰研究（无多径）

3.1.1基本设定

3.1.2DS-UWB通信接收信号分析

3.1.2DS-UWB通信系统误码率仿真分析（多用户无多径）

3.1.3DS-UWB通信系统信道容量仿真分析（多用户无多径）

3.1.4与TH-UWB通信系统抗多用户干扰能力比较

3.2DS-UWB通信系统多径干扰研究（单用户）

3.2.1室内信道冲激响应

3.2.2总多径增益

3.2.3均方根时延护展

3.2.4离散时间冲激响应

3.2.5IEEE802.15.3a建议的UWB信道模型

3.2.6IEEE802.15.3a的UWB信道模型仿真

3.2.7多径干扰下DS-UWB通信系统误码率计算（单用户）

3.2.8多径干扰下系统误码率仿真分析

3.2.9Rake接收机及其仿真分析

3.3DS-UWB通信系统间干扰研究

3.4本章小结

第四章DS-UWB通信系统的MAC层设计与仿真分析

4.1Ad Hoc网络MAC层接入协议

4.1.1Ad Hoc网络信道接入协议分类

4.1.2典型的单信道接入协议

4.2DS-UWB通信MAC层接入协议

4.2.1接收节点冲突域的最优范围计算

4.2.2CT-MAC协议

4.2.3CT-MAC协议的仿真分析

4.3本章小结

第五章总结和展望

5.1论文总结

5.2研究展望

主要参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和科研情况

发表的论文

参与的科研项目