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基于新型∑△调制的多频带OFDM-UWB通信系统关键技术的研究

作　者: 赵迎新
导　师: 刘国华
学　校: 南开大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 超宽带 正交频分复用 ∑△调制 量化噪声整形 峰均比
分类号: TN761
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


超宽带（Ultra Wide Band, UWB）技术是短距离、高速无线连接的物理层技术，也是下一代无线通信的关键技术之一。采用正交频分复用（OrthogonalFrequency Division Multiplexing, OFDM）技术的超宽带系统具有频带利用率高、抗干扰能力强以及功耗低等特性，欧洲ECMA-368标准建议将UWB和OFDM技术相结合，成为短距离、高数据率无线网络理想的传输和接入方案之一。本文针对多频带OFDM-UWB通信系统，研究适合于该系统的数据转换器，设计以新型∑△调制器为核心的高性能数模转换器（Digital to Analog Converter,DAC）和模数转换器（Analog to Digital Converter, ADC），为超宽带信号转换提供新的有效方案。在对∑△调制器的结构特点和噪声整形特性进行深入研究的基础上，本文提出了两种适合于多频带OFDM-UWB系统的新型∑△调制器：并行∑△调制器和基于时域插值与抽取的N-Tone∑△调制器，并设计了完整的基于新型∑△调制器的DAC和ADC，完成超宽带信号转换。本文提出的并行∑△调制器由低通三阶∑△调制器和带通四阶∑△调制器组成，采用多比特量化和两倍过采样，多频带OFDM-UWB信号分为低频和高频子带并行通过该调制器。为了保证信号带内的噪声整形效果和调制器的稳定性，本文设计了上述调制器的噪声传递函数，并对其零点分布位置进行了优化。本文提出的N-Tone∑△调制器基于时域插值与抽取的方法，该方法使得多频带OFDM-UWB子载波间形成空隙，同时N-Tone∑△调制器在其量化噪声频谱中引入位于多频带OFDM-UWB子载波频点上的零点，将大部分量化噪声推到了子载波空隙中，达到很好的噪声整形效果。该调制器采用无过采样结构，对信号进行1比特量化，避免了OFDM系统的高峰均比问题。本文采用的对信号的时域插值和抽取方法降低了系统实现的复杂度和处理时间。通过理论分析和仿真，验证了以本文提出的两种新型∑△调制器为核心的DAC和ADC都能够很好地完成信号转换，达到系统性能指标要求，而且两种调制器的采样频率都较低，硬件实现容易。本文进一步研究多频带OFDM-UWB通信系统的关键技术，提出了一个原创性的方法，即基于混合信号扩频技术降低OFDM系统峰值功率的方法，将发送端OFDM时域信号分解为离散信号和连续信号，再经过交织后发送出去。在接收端，本文提出了部分信号恢复法对信号解交织和重新组合。通过理论推导和仿真，验证了采用这种技术的OFDM系统峰值功率能够降低6~12dB，误码率从10-2降低到10-5。该方法在大幅降低OFDM系统峰值功率的同时，能够有效提高系统性能，并且适合于任何OFDM系统，为解决OFDM系统降低高峰值功率的关键问题提供了有效的技术方案。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-14
第一章 引言  14-29
  第一节 超宽带技术概述  14-20
    1.1.1 超宽带的发展历史及应用  14-16
    1.1.2 超宽带的分类和特点  16-19
    1.1.3 超宽带的标准化  19-20
  第二节 OFDM 技术概述  20-22
  第三节 ∑△调制技术概述  22-24
  第四节 本文的主要工作及创新点  24-29
    1.4.1 本文的研究背景和意义  24-26
    1.4.2 本文的主要工作  26-27
    1.4.3 本文的主要创新点  27-29
第二章 多频带 OFDM-UWB 通信技术原理  29-43
  第一节 超宽带技术原理  29-36
    2.1.1 超宽带信号定义  29-30
    2.1.2 超宽带技术实现方案  30-34
    2.1.3 超宽带系统的关键技术  34-36
  第二节 OFDM 技术原理  36-40
    2.2.1 OFDM 系统的基本结构  36-38
    2.2.2 OFDM 系统的关键技术  38-40
  第三节 多频带 OFDM-UWB 系统结构及参数设计  40-42
  第四节 本章小结  42-43
第三章 ∑△调制技术原理  43-59
  第一节 ∑△数据转换器介绍  43-46
    3.1.1 ∑△模数转换器的原理与结构  43-44
    3.1.2 ∑△数模转换器的原理与结构  44-46
  第二节 ∑△调制的基本概念  46-51
    3.2.1 过采样与量化噪声整形  46-49
    3.2.2 性能指标  49-51
  第三节 低通∑△调制器的实现结构  51-56
    3.3.1 一阶∑△调制器  51-53
    3.3.2 高阶∑△调制器  53-55
    3.3.3 多比特量化∑△调制器  55-56
  第四节 带通∑△调制器的实现结构  56-58
  第五节 本章小结  58-59
第四章 多频带 OFDM-UWB 系统中新型∑△调制技术的研究及性能仿真  59-88
  第一节 并行∑△调制器的设计  59-69
    4.1.1 调制器量化噪声传递函数  59-62
    4.1.2 调制器实现结构  62-67
    4.1.3 性能分析与仿真  67-69
  第二节 基于并行∑△调制的多频带 OFDM-UWB 系统的研究  69-74
    4.2.1 系统结构  69-70
    4.2.2 性能分析与仿真  70-74
  第三节 N-Tone∑△调制器的设计  74-82
    4.3.1 信号的时域插值和抽取  74-76
    4.3.2 调制器实现结构  76-79
    4.3.3 性能分析与仿真  79-82
  第四节 基于 N-Tone∑△调制的多频带 OFDM-UWB 系统的研究  82-86
    4.4.1 系统结构  82-83
    4.4.2 性能分析与仿真  83-86
  第五节 本章小结  86-88
第五章 OFDM 系统中降低信号峰值功率技术的研究及性能仿真  88-110
  第一节 降低 OFDM 信号峰值功率技术概述  88-95
    5.1.1 峰均比定义及分布  89-90
    5.1.2 降低峰均比的方法  90-95
  第二节 基于扩频技术降低 OFDM 系统峰值功率的新方法  95-108
    5.2.1 系统结构  95-96
    5.2.2 基本原理  96-103
    5.2.3 性能分析与仿真  103-108
  第三节 本章小结  108-110
第六章 全文总结与工作展望  110-113
参考文献  113-119
致谢  119-121
附录 A 系统 Simulink 仿真图  121-126
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  126-129

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 调制技术与调制器、解调技术与解调器 > 调制技术与调制器
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