超宽带通信中定时抖动抑制算法的研究

本文研究了直扩超宽带通信系统的关键技术----定时抖动及其抑制方法，主要分析了定时抖动产生的原因、分布规律和各种有效的抑制方法。文中第一次对DS-UWB 系统定时抖动产生的各种原因进行了分析，给出了的定时抖动的分布规律以及各种可采用的定时抖动抑制方法，特别针对通过信道噪声和干扰来抑制定时抖动的各种有效方法，进行了详细的分析和讨论。
自从美国联邦通信委员会（FCC）颁布了关于民用超宽带通信系统的信号定义和发射功
率谱限制的相关规定后，超宽带通信技术的商用化进程就被加快了。超宽带通信技术的标准制定工作在国际电子电气协会（IEEE）和欧洲电信标准协会（ETSI）的共同推导下，正在积极地进行中[1]。当前，高速民用超宽带通信系统的物理层标准主要有：直接序列超宽带（DS-UWB）与多子带正交调制超宽带（MB-OFDM-UWB）[2]。前者利用窄脉冲序列并结合直接序列扩频技术来传输信息；而后者则利用多载波调制的方法，并结合OFDM 技术来实现UWB信号的传输。DS-UWB 系统结构简单，容易实现，具有许多独特的优点，如高时间分辨率、高多径分辨率和强穿透能力等，其芯片开发的商用化进程远远快于MB-OFDM-UWB 系统。然而，DS-UWB 系统还有许多关键技术有待进一步研究，包括抗干扰技术的研究和快速自适应同步方法的研究等等 。
超宽带通信系统与许多无线系统共享频谱资源带宽（3.1GHz--10.6GHz），这使得超宽带
与各种通信系统之间存在着不可避免的相互干扰。DS-UWB 系统采用了极其窄的脉冲宽度和非常小的占空比，其发射的单脉冲信号能量非常低，功率谱接近于亚白噪声。因此，即使是非常小的干扰，都会破坏脉冲的固有波形，改变脉冲宽度和重复周期，并使脉冲的幅度产生衰落。
此外，由于脉冲序列的发生电路存在一些时钟抖动，使得实际中产生的脉冲并没有固定
不变的宽度和重复时间，这也包括接收机产生的本地模板信号脉冲序列。而且，由于超宽带天线系统的线性性限制，会导致收发信号产生非线性畸变。所有这些影响都会在不同程度上改变脉冲信号的时域特性（脉宽和周期），使得接收机接收的信号产生时延抖动，也就是说，接收信号的时延不是恒定不变的，而是具有时变性的。如果收发信机的位置都是固定的，那么信号的时延幅度将以某个值为中心而上下波动。
当携带时延抖动的信号到达接收端时，接收机为了正确地解调和判决接收的符号序列，就必须准确地跟踪并捕获接收脉冲信号序列的起始点（称为定时信号）。然而，由于硬件实现复杂度的限制，实际中采用的跟踪同步方法，并不能完全准确地捕获抖动的定时信号，这就造成了接收信号与本地模板信号之间存在一定的定时误差，而且定时误差会随着时间的改变而改变，于是产生定时抖动。
为了提高接收机的整体性能，就很有必要对定时抖动的各种有效的抑制方法进行详细的
研究。然而，据作者了解，到目前为止，还没有文献具体地对DS-UWB 定时抖动的产生、分布和抑制进行全面地分析。在以下的内容中，本文将从定时抖动的产生原因及其对系统性能的影响出发，通过分析抑制定时抖动的必要性及其分布规律，来详细地讨论各种可采用的定时抖动抑制方法。