基于高斯脉冲导函数的UWB脉冲波形优化组合的设计与研究。

UWB（Ultra Wideband）脉冲波形优化组合设计与研究主要涉及超宽带无线通信技术。UWB技术近年来发展迅速，是一种利用纳秒级超窄脉冲发送数据信息的新型无线通信技术，其特点包括高传输速率、低功耗、强抗多径衰落能力和低成本等。UWB通信系统的频谱与现有的无线通信系统共享，因此系统由于相互干扰问题而对辐射功率有严格限制。UWB辐射功率取决于频率谱特性，而频率谱又取决于脉冲波形和脉冲宽度，因此设计脉冲波形非常重要。本文的设计是基于高斯脉冲导函数的一阶线性组合导数函数，并使用迭代算法优化线性组合的权重向量。 研究首先对基于高斯脉冲导函数的时间域波形及其单边能量谱密度进行了分析。通过研究表明，脉冲形成因子与不同的导函数阶数对能量谱密度的影响有更密切的关系。因此，为了尽可能大地接近联邦通信委员会（Federal Communications Commission，简称FCC）的发射掩码（radiation mask），提出了一种迭代算法来优化高斯脉冲一阶导函数线性组合。与单差分高斯脉冲相比，仿真结果显示，经过线性组合后的新的超宽带脉冲信号能够很好地满足FCC公布的室内辐射掩模标准，同时也提高了频谱利用率。 FCC作为美国政府的一个独立机构，负责管理美国境内的无线电频率使用，包括对UWB技术的发射功率和频谱的规范。UWB信号的带宽非常宽，其发射标准由FCC在2002年发布，对频谱使用的限制要求在制定UWB系统的设计时必须遵守。为了满足FCC的规定并最小化对其他无线通信系统的干扰，UWB脉冲波形设计必须精确，以确保它们在宽频谱范围内的辐射功率符合FCC的辐射掩模。 本文中提到的“线性组合”是指将一组脉冲波形按照一定的权重相加，组合成一个新的脉冲波形。通过这种技术，可以更灵活地设计脉冲波形，以满足特定的辐射掩模要求。高斯脉冲导函数是一种特殊的脉冲波形，它在数学上具有良好的特性，如光滑性和有限的带宽，使其在UWB系统中非常有用。通过调整高斯脉冲的导函数阶数，能够改变脉冲的时间宽度和频谱特性，进而优化脉冲波形以适应不同的通信要求。 迭代算法是一种不断重复计算的方法，目的是逼近问题的最优解。在本研究中，通过迭代算法优化线性组合的权重向量，意味着通过多次计算和调整，不断改善脉冲波形的设计，以确保它满足FCC的发射掩模并最大化频谱利用效率。这种方法能够有效地指导UWB脉冲波形的设计过程，使得所设计的波形在实际应用中具备更好的性能。 在UWB系统的工程实现上，信号处理部分往往使用数字信号处理器（DSP）或专用集成电路（ASIC）来处理复杂的算法。对于波形优化组合来说，算法的效率和实现的简便性是设计的关键因素，直接关系到系统的性能和成本。因此，在设计过程中，必须考虑到算法在硬件实现上的可行性。 总结来说，本研究的核心在于如何设计和优化UWB系统中的脉冲波形，以满足FCC的标准，并且提高系统的频谱效率。通过高斯脉冲导函数以及其一阶导数的线性组合和迭代算法优化权重向量，得到了能够满足室内辐射掩模标准并达到高频率利用率的新型UWB脉冲信号。这一成果不仅具有理论价值，而且对于UWB通信技术的实际应用具有重要的指导意义。