RAKE接收机在60GHz无线通信系统中的应用研究

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60GHz具有带宽高、数据传输率高和抗干扰能力强等特点,因此它在各个领域都有潜在的应用,特别适合室内短距传输。目前,大部分的60GHz系统采用正交频分复用技术(OFDM)或单载波(SC)调制以获得高速率,但是这样的系统电路结构复杂、功耗大,不利于系统的实现。为了克服这些缺陷,提出基于冲激无线电的60GHz脉冲通信系统。60GHz信号经过IEEE802.15.3c信道会产生成簇多径现象,造成严重的衰落和时间色散,为了尽可能多地接收到多径能量,接收端采用RAKE接收机。然而,由于传播过程中障碍物的发射、绕射、散射等,到达接收端的脉冲信号时延大,相邻符号之间容易相互干扰,使得系统性能大幅度降低。为了克服3c多径信道造成的频率选择性衰落和码间干扰,提出分集技术与均衡技术相结合RAKE接收机,并对系统性能进行研究。本文的工作和贡献主要有以下几个方面:第一,分析3c信道模型和信道冲激响应,从大尺度衰落和小尺度衰落两方面研究家居环境下视距CM1信道和非视距CM2信道,为后面章节的研究提供基础。第二,提出从有无载波两个方面设计三种60GHz脉冲波形;为了提高数据传输率,采用跳时(TH)和直接序列(DS)扩频调制。第三,采用传统RAKE接收机进行相干合并检测,分析不同调制方式和不同60GHz脉冲对系统性能的影响,以便于选择合适的脉冲建立60GHz无线通信系统。第四,在实际应用中,频率选择性衰落、码间干扰和多用户干扰是不可忽略的,为了克服这些不利因素影响,提出分集和均衡技术;在单用户下研究采用最小均方差(MMSE)均衡器的多接收天线RAKE接收机性能。本文研究在CM1和CM2信道下基于DS-2PAM和TH-2PPM调制的60GHz系统性能,得出DS-2PAM的系统性能优于TH-2PPM系统。基于傅里叶反变换的无载波60GHz脉冲和载波高斯脉冲都能满足FCC频谱掩模,无载波脉冲系统性能比载波脉冲系统好,这是因为无载波脉冲的频谱利用率要高于载波脉冲。但是两者之间的误码率差别不大,性能改善不明显,在硬件实现上带载波的脉冲发生器比较简单且容易实现,复杂度明显低于无载波脉冲,因此在系统实现和系统性能之间进行均衡,选择载波高斯脉冲有利于系统实现应用。本文对3c信道进行分析。在CM1信道中信号能量高度集中在最先到达的直射路径上,其它多径能量非常小,几乎可以忽略,因此可以把CM1近似为AWGN信道,不考虑码间干扰。CM2信道是频率选择性衰落信道,有严重的多径衰落,会造成码间干扰。为了削弱CM2中的码间干扰,采用多天线RAKE-MMSE接收机。当SNR=11dB时,4元天线RAKR-MMSE的误码率为104,达到-40dB,系统性能优良。一般地,当分集接收的天线数目越多时,系统的误码率越小。与传统RAKE接收机相比较,多天线系统RAKE-MMSE接收机拥有更好地性能。本文分析60GHz脉冲波形设计、信道模型、接收机方案和系统误码率性能,完善对60GHz接收机和系统的研究,为60GHz无线通信系统的实现提供一些理论依据。
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