A New Noncoherent UWB IR Receiver Using the Peak Position Estimation Device

Abstract

Ultra-Wideband (UWB) Time-Hopping (TH) 시스템들은 캐리어 없이 TH sub-nanosecond 펄스들을 가지고 통신한다. UWB 신호는 넓은 대역폭을 차지하고 낮은 전력 스펙트럴 밀도를 허락하며 동일 주파수 대역에서 기존의 통신 시스템들과 함께 공존할 수 있다. 그러나, UWB Impulse Radio (IR) 시스템들의 넓은 확산 전개에 대해 풀어야 할 많은 기술적인 문제점들이 여전히 존재한다. IR 수신기 설계에 대한 주요 연구는 상관기 기반 수신기들에 초점이 맞춰져 왔다. 최근 상관기 기반 수신기의 출력이 타이밍 지터와 트랙킹 에러의 상대적인 완만한 증가에 현저하게 떨어지는 것으로 나타났다. 반면에, 대부분의 비동기 수신기들은 지터를 다소 포함하거나 전혀 포함하지 않은 상관기 기반 수신기보다 성능이 떨어진다. 이것은 설계의 상당한 부분이 적은 지터와 타이밍 에러 분석 그리고 성능의 극대화에 초점이 맞춰지는 것을 당연시한다. 본 논문은 UWB IR 펄스들의 피크 점 위치들을 추정하는 새로운 비동기 수신기를 제안한다. 피크 위치 값들을 찾는 것은 펄스들의 모양의 복잡도, 지터 그리고 잡음 때문에 어려운 일이다. 제안된 수신기는 Additive White Gaussian Noise (AWGN)을 피하기 위해 subtracter를 사용하고 incremental-search method, false-position method과 같은 효과적인 수치해석들을 이용하여 UWB 펄스들의 피크 점들의 위치 값들을 추정한다. 수치해석 방법들을 이용한 Peak position estimation device는 UWB 펄스들을 점들로 변환하여 상관기 기반 수신기들 보다 더 나은 성능을 가져오는 역할을 한다. 우리의 분석결과들에 따르면, 새로운 수신기는 TH UWB 상관기 기반 수신기와 비교해 BER 성능면에서 약 3dB 우수하다. 제안된 수신기의 장점들을 요약하면 다음과 같다. 제안된 수신기는 지터에 영향을 받지 않고 기존 상관기 기반 수신기의 전력의 상당한 부분을 소비하는 기준신호 발생기와 시간 제어 블락이 제거되며 BER 성능은 우수하다.; This thesis proposes a new noncoherent receiver for Time-Hopping (TH) Ultra-Wideband (UWB) systems with a peak position estimation device. The newly proposed receiver improves the performance of both traditional correlator based and noncoherent receivers especially in the presence of timing jitter. The proposed receiver estimates the position values of the peak points of UWB pulses by using efficient numerical approaches such as the incremental-search method and the false-position method. According to our analysis results, the proposed noncoherent receiver is robust to jitter. Moreover it is found that the new receiver achieves about 3dB gain in the BER performance in comparison with correlator-based receivers.