目前基于UWB(超宽带技术)的短距无线通信中,其国际标准协议IEEE 802.15.3a仅涉及到微微网(piconet)内的通信,范围局限于单个微微网和有限的设备之间.这样的网络结构显然无法在数量和范围上满足日益增加的移动个域网需求,因此建立一个范围更广的Inter-piconet之间的通信是今后短距无线通信的发展趋势.目前IEEE还没有制定一个协议标准来规范多个piconet组成的散射网(Scatternet)的建立和保证最小服务质量的通信,而国内外的研究也大多集中在UWB物理层协议的性能分析及改进,以及Intra-piconet内部通信的研究,Inter-piconet的网间通信研究较少.基于此,本文提出了建立完善的piconet之间通信流程的解决方案,包括码字分配、同步、路由及调度等一系列过程,并对其关键问题进行深入探讨,从而有利于Inter-piconet网间通信问题的标准化. 本文的创新性工作如下: 1.MB-OFDM-UWB中多个piconet码字分配干扰问题的解决在对MB-OFDM系统的深入研究的基础上,本文首次分析了Inter-piconet网间通信干扰的根源,通过对MB-OFDM系统进行系统建模和流程设计,得到不同信道环境下系统的误码率/信噪比性能的仿真对比,为码字干扰问题奠定了理论和仿真基础;随后针对码字干扰问题,结合UWB系统本身的特性,提出了TDMA&TFC结合、脉冲重复频率编码、时域扩展编码和比特反转与时域扩展编码结合等多种设想和解决方案,并通过仿真得到了系统在多个干扰piconet影响时,不同的编码方案所产生的抗干扰特性以及传输范围特性的对比,进而得出了结论:TDMA和TFC结合方法在抗干扰方面具有显著的优势,但是由于时问的复用,效率上有所降低,频率利用率不高;脉冲重复频率编码和时域扩展编码通过增加频率多样性的方式,能够明显地减少码间干扰(ISI),多址接入干扰(MAI)和相邻信道干扰(ACI),仿真结果显示后者抗干扰性能明显好于前者;在时域扩展编码的基础上,加入比特反转编码可以进一步提高系统抗干扰及传输范围性能,被证明为一种综合性的较优解决方案. 2.DS-CDMA-UWB中多个piconet码字分配干扰问题的解决在这一部分,我们明确分析了扩频码所产生干扰的两种主要类型:两邻近节点使用相同的扩频码所产生的性能明显降低和两节点使用不同的扩频码并处于彼此的通信范围内时所产生的干扰.我们的目的为寻找一种性能优良的扩频码字,在UWB系统中解决目前研究较少的第二种干扰情况.通过对:DS-CDMA收发系统进行系统建模和流程设计,我们得到其原始系统抗干扰的系统特性:在此基础上,针对扩频码码字干扰问题,我们通过仿真证明了目前协议中使用的PN码及一些其他的扩频序列的抗干扰性能并不理想,由此首次提出了将LAS-CDMA系统中的LAS码应用到DS-CDMA-UWB中的解决方案,通过对比和仿真,我们得到了三个有用结论:1)在扩频序列正交性及其对DS-CDMA系统性能影响上,同步情况下Walsh序列好于Gold序列好于m序列,前两者系统无多址干扰,多用户系统的误码性能与单用户系统基本相同;2)在使用不同扩频码下DS-CDMA系统性能方面,结果显示LAS码与其它m序列、Gold序列、Walsh序列相比,其抗干扰优势较为明显;3)在干扰piconet存在下的LAS码字性能分析方面,分别对LAS码和原始方案在多个干扰piconet存在情况下进行误包率仿真,结果显示在相同的干扰piconet数量下,LAS扩频码比原始方案要有明显的抗干扰性能的改善.这也说明了LAS码在除了具有本身的一种理想的相关特性外,在应用到DS-CDMA-U7WB系统中后,同样给系统带来了优越的抗干扰性能,达到了我们在实验初期的设计预期. 3.Inter-piconet全网同步机制解决针对目前UWB中同步机制所存在的一些问题,我们在这里提出了除了Piconet内部各设备之间同步外,UWB必须全网同步才能正常工作,其中最重要的是不同设备超帧之间的同步.另外,信标时期是全网同步的主要开销,如何降低信标时期的开销是UWB网络所面临的另一个重要问题.从这两个方面,我们对Inter-piconet网间的同步机制进行了深入细致的研究,并提出了逻辑微微网的模型,在此基础上给出了两种算法:动态信标偏移算法和信标时隙预留算法,通过对多个PNC达成同步的主流程,主次PNC选择流程,PNC信标偏移和同步建立流程的详细分析,比较了两种算法的优劣.在此基础上结合两种算法的优点给出了一种综合的优化同步流程,及其中所涉及到的重传信息帧(HB)的详细设计及字段说明.针对该部分开始提出的两个要点:实现全网同步和控制信标时期开销,算法结果及开销估计显示了该算法较好的满足了这两个条件,实现了piconet之间的同步机制. 4.基于同步机制的Inter-piconet散射网拓扑形成算法在前面全网同步机制研究的基础上,结合已有的一些微微网内的拓扑发现算法,我们提出一个基于同步机制的UWB散射网路由算法.根据优化的同步算法结束之后的最近一次传输的重传信息帧(HB)中记录的该逻辑微微网的所有PNC同步之后的主从关系和信标偏移信息,来获得所有该网络中PNC的主从关系,并由彼此的偏移关系建立一棵各个PNC之间的拓扑生成树.然后各个PNC检查或者更新自己内部的新的拓扑信息,并按照主从关系逐级向上递交,最终由主PNC收集全网的最新拓扑结构信息,完成整个逻辑微微网的拓扑结构图,并转发其他节点,完成一次网络结构更新. 5 Inter-piconet网闻通信总体流程的解决综合以上的全网同步机制、路由和组网策略、调度策略及piconet间码字分配算法我们给出一个完善的Inter-piconet网间通信流程:1)PNC监听阶段;2)建立连接阶段;3)全网同步阶段;4)全网路由和拓扑发现阶段;5)Inter-piconet网问通信阶段.至此,我们建立了抗干扰的通信流程,保障了piconet之间通信的顺利进行.