本文選題：脈沖超寬帶　切入點：脈沖發(fā)生器　出處：《鄭州大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：自2002年聯(lián)邦通信委員會(Federal Communications Commission,FCC)允許超寬帶(Ultra-wideband,UWB)技術和產(chǎn)品參與商業(yè)化運作以來,對UWB通信技術的研究興趣和應用需求一直在急劇增加。同時,UWB技術在實際應用中也面臨著諸如UWB脈沖產(chǎn)生、小型化天線設計、同步捕獲、信道估計等許多關鍵技術問題。本文以貼近工程實踐為目標,對脈沖方式超寬帶(Impulse Radio UWB,IR-UWB)無線通信系統(tǒng)中的這些技術難題進行了深入研究。1、針對傳統(tǒng)UWB同步捕獲方法所需的電路復雜問題,提出了一種基于二次包絡的超寬帶同步算法,該算法由粗同步和細同步兩階段組成。粗同步階段采用對相關器輸出做二次平滑包絡的方法來確立細同步區(qū)間,從而使粗同步階段可以用較大的滑動步長來做相關,從而降低了硬件復雜度;在細同步區(qū)間上做相關并取峰值來確立時延完成同步。仿真結果表明,該算法能夠顯著減少接收機積分器的支路數(shù)兼顧同步性能,且有效降低成本和功耗,具有很強的實用性,并已被應用于實際的脈沖超寬帶精準定位系統(tǒng)中。2、針對超寬帶信道壓縮感知重構問題,提出一種基于最小化光滑近似零范數(shù)估計的壓縮感知(Compressive Sensing,CS)重構算法:SALZ(Smooth Approximate0l norm)算法。該算法屬于凸優(yōu)化算法的一種,比Mangasarian函數(shù),pl-范數(shù)逼近,Log-Det函數(shù)等方法能夠更好的逼近0l-范數(shù)。采用的近似函數(shù)在最優(yōu)點附近具有非常陡的下降速率,在理想情況下一旦進入最優(yōu)點附近收斂速度非常的快。在兩三步內就可以以很高精度逼近最優(yōu)解。最后通過仿真將SALZ算法與LASSO算法比較,復雜度低且性能更優(yōu)。并且在高稀疏度和低稀疏度信道下均適合。3、針對壓縮感知UWB信道估計問題,基于超寬帶信道因子圖模型,利用廣義消息傳遞(GAMP)和平均場(MF)理論,提出一種新超寬帶壓縮感知信道估計GAMP-MF算法。由于對于傳統(tǒng)貝葉斯方法,做壓縮感知涉及到矩陣求逆,而GAMP不需要,極大減少了消息計算量。該算法不僅利用GAMP算法僅涉及標量運算的特點降低了信道估計的整體計算復雜度,而且通過MF算法分布估計為求解混合線性稀疏信號模型的GAMP算法提供先驗,從而改善了信道估計精度。最后通過仿真驗證了該算法可以遠低于OMP算法和LASSO算法的計算復雜度,并達到更好的UWB信道估計性能。4、針對低成本,高幅值,極窄脈沖成形,提出一種新型基于串并聯(lián)SRD結構的亞納秒級二階微分高斯超寬帶脈沖發(fā)生器設計。采用兩個SRD組件,一個SRD用于加速脈沖前沿,另一個用于脈沖整形;前者截止,后者反向偏置,在負載上形成負的窄脈沖。該結構克服了單獨串聯(lián)或者并聯(lián)的單管SRD脈沖發(fā)生器的幅度不足的缺點。并且設計了RC電路網(wǎng)絡為二極管提供偏壓,速度更快,不需要額外的偏壓電路。測試證明,該脈沖發(fā)生器結構緊湊、體積小、功耗低、成本低廉、穩(wěn)定性高,并且非常易于實現(xiàn),可有效應用在超寬帶無線通信和定位系統(tǒng)中,具有很高的實用價值。5、針對小型化陷波天線問題,提出一種SIR互補縫隙設計小型化的陷波結構,使天線實際測量陷波帶寬達到800MHz(5.05GHz-5.85GHz),對WLAN系統(tǒng)具有良好的陷波性能,而且有助于小型化設計;采用一個二級階梯漸變設計,用來擴大天線阻抗帶寬,其不僅可以展寬天線帶寬,還可以有效減小天線尺寸;提出一種使用部分接地面邊緣縫隙來改善高頻端E面最大輻射方向偏轉的優(yōu)化方法,采用了兩個L形槽。實測結果表明天線的增益大于2d Bi,具有良好的全向輻射特性。該天線尺寸較小,適合作為小型超寬帶系統(tǒng)的收發(fā)天線,且成本低廉,具有實用價值。6、設計實現(xiàn)了一套脈沖超寬帶收發(fā)機驗證系統(tǒng)。通過對發(fā)送和接收所設計的二階導數(shù)高斯脈沖測試分析,初步驗證了該系統(tǒng)的有效性,并驗證了發(fā)射機關鍵模塊設計。
[Abstract]:Since 2002 the Federal Communications Commission (Federal Communications Commission, FCC) allows ultra wideband (Ultra-wideband, UWB) since the technology and products in the commercial operation of UWB communications technology research and application of interest demand has been increasing rapidly. At the same time, UWB technology in the practical application also faces such as UWB pulse generation, design, miniaturization antenna synchronization, channel estimation and so many key technical problems. This paper takes close to engineering practice as the goal, the pulse ultra wideband (Impulse Radio UWB, IR-UWB) these technical problems in wireless communication systems are deeply studied.1 circuit for the traditional UWB acquisition method for complex problems, proposed a super two wideband synchronization algorithm based on envelope, the algorithm is composed of coarse and fine synchronization of two phases. The coarse synchronization stage uses two times smooth envelope of the correlator output Method to establish the fine synchronization interval, so that the coarse synchronization stage can be used to do large sliding step, which reduces the hardware complexity; in the fine synchronization interval correlation and peak delay to establish complete synchronization. The simulation results show that the algorithm can significantly reduce the number of branch receiver integrator considering synchronization performance, and reduce the cost and power consumption, and strong practicability, and has been applied to UWB precise positioning system.2, based on compressed sensing reconstruction of UWB channel problems, propose a minimization smooth approximate zero norm estimation based on compressed sensing (Compressive Sensing CS) reconstruction algorithm: SALZ (Smooth Approximate0l norm) algorithm. This algorithm is a convex optimization algorithm, Mangasarian function, pl- norm approximation, Log-Det function method can better approximate the 0l- norm of the approximate. Drop rate function is very steep in the vicinity of the advantages, in the ideal case once into the advantages of near convergence speed is very fast. In the two or three step can approximate optimal solution with very high precision. Finally, SALZ algorithm compared with LASSO algorithm through simulation, low complexity and can better and are suitable..3 in the high and low degree of sparsity of sparse channel, UWB channel estimation for the compressed sensing problem of UWB channel based on factor graph model, using generalized messaging (GAMP) and mean field (MF) theory, proposed a new GAMP-MF algorithm to estimate the UWB channel for compressed sensing. Because the traditional Bias method, compression perception involves matrix inversion, and GAMP does not need, greatly reducing the message computation. The algorithm not only by using the GAMP algorithm only involves scalar operations and reduces the computational complexity of the overall channel estimation, but also through MF Estimation of distribution algorithm GAMP algorithm for solving mixed linear sparse signal model provides a priori, so as to improve the accuracy of channel estimation. The simulation results show that the algorithm can be far less than the OMP algorithm and LASSO algorithm calculation complexity, and achieve better channel estimation performance of.4 UWB, with low cost, high amplitude and narrow pulse shaping and put forward a new design of sub nanosecond two order differential Gauss series parallel structure of SRD ultra wideband pulse generator based on SRD. Using two components, a SRD is used to accelerate the pulse front, one for the pulse shaping; before the deadline, the reverse bias, narrow pulse negative load on the structure formation in. To overcome the single SRD pulse generator single series or parallel the magnitude of the shortcomings. And the design of the RC circuit network provides bias diode faster, no additional bias circuit test. It is shown that, the pulse generator has the advantages of compact structure, small volume, low power consumption, low cost, high stability, and very easy to implement, can be effectively used in ultra wideband wireless communication and positioning system, has the practical value of.5 is very high, the small notch antenna problem, proposes a notch structure design of small gap SIR complementary, the actual measurement of notch antenna bandwidth reaches 800MHz (5.05GHz-5.85GHz), has a good notch on the performance of the WLAN system, but also contribute to the miniaturization design; using a two step gradient design, to enlarge the antenna impedance bandwidth, which can not only broaden the bandwidth of the antenna, but also can effectively reduce the antenna dimensions; proposes a portion of the ground plane edge to improve the high end E maximum radiation direction deflection method, using two L grooves. The measured results show that the antenna gain is greater than 2D Bi, with good Good. The omnidirectional radiation characteristic of the antenna is small in size, suitable for small antenna ultra wideband systems, and low cost, has the practical value of.6, design and implementation of a pulse ultra wideband transceiver verification system. Through the design of sending and receiving the two order derivative Gauss pulse testing analysis, verified the validity of system, and verify the key module design of the transmitter.

【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN925

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本文編號：1620820