谨以此论文献给我的导师、家人以及所有帮助过我的朋友们。-林月玲RAKE 接 收 机 在 60GHz 无 线 通 信 系 统 中 的 应 用 研 究摘 要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。6 0GHz 信 号 经 过 IEEE 802.15.3c 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 。关 键 词 ： 60GHz 脉冲；3 c 信 道 模 型 ； RAKE 接 收 机 ； 误 码 率 ； 多 天 线 RAKE-MMSEThe Research of RAKE Receiver in 60GHz WirelessCommunication SystemAbstract60GHz system has potential applications in various fields, due to its highbandwidth, high rate of data transmission and strong anti-interference ability, and itsespecially suitable for short-range indoor transmission. Currently, most of 60GHzsystem uses orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) or the single-carrier(SC) modulation to obtain high data rate, but it is difficult to implement, because ithas a complex circuit configuration and large power consumption. In order toovercome these drawbacks, a 60GHz pulse communication system based on theimpulse radio is proposed. The 60GHz signal through IEEE 802.15.3c channel willproduce clustering of phenomenon, and cause severe fading and time dispersion. Thesystem adopts RAKE receiver at the receiving end for capturing multipath energy asmuch as possible. However, the receiving signal has big delay, inter symbolinterference is strong， and the performance of system is significantly reduced in thepropagation, since the reflection, diffraction and scatter was produced through theobstacle. Combining RAKE receiver with diversity and equalization technologies, anew RAKE receiver is presented to weaken frequency selective fading andinter-symbol interference of 3c channel, and then system performance is discussed.This paper has several main works and contributions. First, to study 3c channeland impulse response, the detailed analysis on both large-scale and small-scale fadingcharacteristics of two channel models residence CM1 and CM2 was presented. Thiswill provide a basis for the later chapters study. Second, three 60GHz pluses areproposed from with carrier and without carrier; the time hopping(TH) anddirect-sequence(DS) spread-spectrum modulation are employed to improve the datarate. Third, with the conventional RAKE receiver for coherent combining anddetection, the system performance is analysed using different modulation anddifferent 60GHz pulses, and then the appropriate pulse is selected to establish 60GHzwireless communication system. Fourth, in practical applications, frequency selectivefading, inter-symbol interference and the multiuser interference are not negligible.The diversity and equalization techniques are proposed to overcome adverse factorseffect. The paper researches the performance of multi-antenna RAKE receiver with aminimum mean square error (MMSE) equalizer on single user.This paper studies the performance of 60GHz system based on DS-2PAM andTH-2PPM modulation in CM1 and CM2 channel， and draws a conclusion that theperformance of system b