基于Matlab的IRUWB無線通信信道模型仿真畢業(yè)論文

1、畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是我在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）授權(quán)使用說明本論文（設(shè)計(jì)）作者完全了解紅河學(xué)院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的規(guī)定，學(xué)校有權(quán)保留論文（設(shè)計(jì)）并向相關(guān)部門送交論文（設(shè)計(jì)）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計(jì)）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)入學(xué)校圖書館被查閱。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）的全部或部分內(nèi)容。保密

2、的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 摘 要超寬帶通信技術(shù)是一種全新的短距離無線通信技術(shù)。它利用極窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，具有傳輸速率高、功耗低、抗多徑能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，并且由于頻譜的功率譜密度極小，它通常具有擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)。該技術(shù)以其獨(dú)有的特性正受到通信學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界乃至軍方的重視，并將取得進(jìn)一步的發(fā)展，獲得日益廣泛的應(yīng)用。本文首先概括地介紹了超寬帶無線通信的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)研究th-uwb信號(hào)特點(diǎn)及傳播特性，對(duì)比超寬帶信道模型與窄帶無線信道的不同，在此基礎(chǔ)上分析路徑損耗模型和多徑衰落模型對(duì)ppm-th-uwb超寬帶信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。利用matlab仿真分析了p

3、pm-th-uwb和pam-th-uwb信號(hào)時(shí)域表達(dá)式及其功率譜密度（psd），同時(shí)對(duì)修改的s-v室內(nèi)信道模型進(jìn)行建模，在此基礎(chǔ)上仿真分析了脈沖超寬帶信號(hào)在此信道模型下的傳輸特性，分析模型參數(shù)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?。關(guān)鍵詞：超寬帶；脈幅脈位調(diào)制；功率譜密度；平均功率時(shí)延；均方根時(shí)延abstract ultra-wideband communication technology is a new short-range wireless communication technology. it was used by very narrow pulses to transmit data with a

4、 high transfer rate, low power consumption, anti-multipath capability and many other advantages，and because of the spectrum of power spectral density is extremely small, it usually has the characteristics of spread spectrum communication. the technology with its unique features is paying more attent

5、ion by the communications and the academic, even the military. and it will make more development, access to an increasingly wide range of applications.the paper first briefly introduced the basic knowledge of ultra-wideband wireless communications, which focuses on the th-uwb signal propagation char

6、acteristics and compared the different of ultra-wideband channel model with narrow-band radio channel, based on this analysis of path loss model and the multipath fading model ppm-th-uwb ultra-wideband signal transmission. with using matlab simulated analysis the use of ppm-th-uwb and pam-th-uwb sig

7、nal the time-domain expression and the power spectral density (psd), at the same time on the modified s-v channel model for indoor modeling. on the basis of simulated analysis of the pulse signal of uwb channel model in transmission characteristics, on the impact of signal transmission under the ana

8、lysis of model parameters. key words: ultra-wideband; ppm pulse rate; power spectral density; average power delay; rms delay摘 要iabstracti第1章 緒論11.1 uwb通信技術(shù)背景和發(fā)展現(xiàn)狀11.2 uwb的技術(shù)特點(diǎn)31.3 uwb與其它短距離無線技術(shù)的比較41.4 uwb的應(yīng)用前景51.5論文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)6第2章 超寬帶通信信道模型72.1 無線信道特性72.1.1大尺度衰落72.1.2小尺度衰落72.1.3多徑效應(yīng)82.2 超寬帶室內(nèi)信道模型92.2.1 室內(nèi)

9、信道模型92.2.2 室內(nèi)信道特征參數(shù)122.2.3 ieee802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)信道模型152.3 本章小結(jié)19第3章 ir-uwb信號(hào)的發(fā)射和接收203.1 uwb無線電通信的基本原理203.2 ir-uwb脈沖213.3 信號(hào)調(diào)制技術(shù)233.3.1 單脈沖調(diào)制233.3.2 多脈沖調(diào)制243.4 超寬帶系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)243.4.1 基本信號(hào)243.4.2 調(diào)制信號(hào)243.4.3 發(fā)送信號(hào)253.5 多徑信道ppm-th-uwb接收機(jī)273.5.1 連續(xù)時(shí)間信道沖激響應(yīng)273.5.2 離散時(shí)間信道沖激響應(yīng)273.5.3 th-ppm-uwb接收機(jī)283.6 本章小結(jié)29第4章 ir-uwb

10、 無線通信信道仿真304.1 發(fā)射端信號(hào)的仿真304.1.1 二進(jìn)制th-uwb信號(hào)304.1.2 二進(jìn)制th-uwb信號(hào)的psd分析324.1.3 其他典型ir-uwb信號(hào)及其功率譜密度仿真364.2 ieee802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)信道模型494.3 ppm-th-uwb信號(hào)通過不同信道環(huán)境的仿真分析574.3.1 高斯噪聲環(huán)境的信號(hào)傳輸584.3.2 ieee802.15.3a信道環(huán)境下的信號(hào)傳輸604.4 本章小結(jié)63結(jié)論64致 謝66參考文獻(xiàn)67摘 要iabstractichapter one introduction11.1 uwb communications technology

11、 background and current situation11.2 technical characteristics of uwb31.3 uwb and other relatively short-range wireless technology41.4 uwb application prospects51.5 content and structure of paper6chapter two uwb channel model82.1 channel characteristics82.1.1large scale fading82.1.2small scale fadi

12、ng82.1.3 multipath effect 92.2 uwb indoor channel model102.2.1 indoor channel model102.2.2 indoor channel characteristic parameter132.2.3 ieee802.15.3a standard channel model162.3 summary20chapter three ir-uwb signal transmission and reception213.1 the basic principles of uwb radio communications213

13、.2 ir-uwb pulse223.3 signal modulation243.3.1 signal-pluse modulation243.3.2 multi-pluse modulation253.4 uwb systems to send signals253.4.1 basic signal253.4.2 modulation signal253.4.3 send signal263.5 multi-path channel ppm-th-uwb receiver283.5.1 continuous-time channel impulse response283.5.2 disc

14、rete-time channel impulse response283.5.3 th-ppm-uwb receiver293.6 summary30chapter four ir-uwb wireless communication channel simulation314.1 simulation of the transmitter signal314.1.1 binary th-uwb signals314.1.2 binary th-uwb signal psd analysis334.1.3 other typical ir-uwb signal and its psd sim

15、ulation374.2 ieee802.15.3a standard channel model504.3 ppm-th-uwb signals through different channels of the simulation environment584.3.1 gaussian noise in the signal transmission594.3.2 channel environment ieee802.15.3a signal transmission614.4 summary64conclusion65express thanks67references68第1章 緒

16、論 超寬帶(uwb)無線通信技術(shù)是近年來通信領(lǐng)域興起的一種無線互連技術(shù)。超寬帶無線通信是使用微弱的，持續(xù)時(shí)間極短的脈沖進(jìn)行短距離通信。一般脈沖持續(xù)時(shí)間為0.2ns到1ns，因此脈沖序列不必轉(zhuǎn)換成較高的載波頻率進(jìn)行傳輸，而是直接利用納秒至皮秒級(jí)的窄脈沖形式傳輸。這種方式占用帶寬非常之寬，具有g(shù)量級(jí)帶寬。信號(hào)占空比極低，每個(gè)信號(hào)間出現(xiàn)較長的無信號(hào)狀態(tài)，讓每個(gè)頻道脈沖反應(yīng)能逐漸衰減至零，并將字符間干擾降至可忽略的程度，所以它有很好的多徑免疫能力。一般認(rèn)為，如果一個(gè)信號(hào)的帶寬相對(duì)于載波中心頻率或中心頻率來說較寬，即相對(duì)帶寬很大，那么這個(gè)信號(hào)就是uwb信號(hào)。更一般的定義來自于雷達(dá)領(lǐng)域，規(guī)定只要一個(gè)信號(hào)在

17、10db處的絕對(duì)帶寬大于0.5ghz或分?jǐn)?shù)帶寬大于20%，則這個(gè)信號(hào)就是超寬帶信號(hào)。傳統(tǒng)上，uwb信號(hào)是通過很窄的脈沖來獲得的，這項(xiàng)技術(shù)目前已經(jīng)在雷達(dá)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，稱其為脈沖無線電（ir）。這種脈沖傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是，通過對(duì)非常窄的脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以獲得非常寬的帶寬來傳輸數(shù)據(jù)。1.1 uwb通信技術(shù)背景和發(fā)展現(xiàn)狀uwb的歷史淵源，可以追溯到一百多年前的無線電報(bào)時(shí)代。早在1894-1896年，馬可尼(marconi)就率先實(shí)現(xiàn)了利用電火花隙(spark gap)發(fā)射機(jī)向2英里外傳輸莫爾斯電碼，而早在1900年，費(fèi)森登(fessenden)就利用了火花隙發(fā)射機(jī)將聲音傳到了1英里之外。由于技術(shù)上的限制

18、和需求可靠通信的商界壓力，研究和開發(fā)轉(zhuǎn)向連續(xù)波傳輸，直到最近幾年，都只是局限在雷達(dá)領(lǐng)域。但是marconi的一些追隨者也不斷地出現(xiàn)：1946年，開發(fā)了一種不尋常的微波中繼系統(tǒng)，該系統(tǒng)以傳輸脈沖信號(hào)為基礎(chǔ)，采用脈沖位置調(diào)制(ppm)方式，雙向語音傳輸?shù)臒o線鏈路總共可達(dá)1600英里，單向時(shí)為3200英里。barrett曾在2000年指出，美國國防部于1989年“鑄造”了uwb這個(gè)詞。20世紀(jì)90年代，一些中小型企業(yè)又重新引入基于uwb概念的無線通信思想，并進(jìn)一步發(fā)展了遵從ir范例的uwb技術(shù)，提升了無載波和極短脈沖傳輸技術(shù)123。2002年2月28日，美國英特爾公司主辦的開發(fā)商會(huì)議“intel d

19、eveloper forum(idf)spring 2002”上公開演示了下一代短距離無線技術(shù)“uwb（超寬帶技術(shù)）”。主要有如下三大特點(diǎn)：(1)高達(dá)數(shù)百mbit/秒的高速通信；(2)耗電量為現(xiàn)有無線技術(shù)的1/100以下；(3)較現(xiàn)有無線技術(shù)成本更低。除英特爾外，美國time domain、美國multispectral solutions以及美國xtremespectrum等公司也在進(jìn)行uwb無線設(shè)備的開發(fā)和生產(chǎn)。這些公司都正在從事軍用無線設(shè)備及雷達(dá)方面的研發(fā)。通過通信界專家們大量努力所作出技術(shù)成果的鋪墊，uwb無線通信史上最具里程碑意義的時(shí)間發(fā)生在2002年4月，美國fcc（聯(lián)邦通信委員會(huì)

20、）批準(zhǔn)了第一個(gè)指南，允許（至少在美國）在指定地功率輻射掩蔽(emission mask)下的uwb信號(hào)有意識(shí)發(fā)射。然而，根據(jù)fcc的規(guī)定，uwb并不局限于脈沖傳輸，而是可以擴(kuò)展為類似地傳輸技術(shù)，只要發(fā)射信號(hào)大帶寬大于500mhz。fcc規(guī)定的發(fā)布產(chǎn)生了雙重影響。一方面，fcc關(guān)于uwb的輻射規(guī)定，提高了主要芯片生產(chǎn)商（如texas instrument、motorola、ibm和intel等）的興趣；而在另一方面，引發(fā)了圍繞ir方式與傳統(tǒng)地基于連續(xù)載波傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)問題的爭論。爭論一直沒有達(dá)成一致，這一點(diǎn)可從當(dāng)前在uwb標(biāo)準(zhǔn)問題上的分歧，尤其ieee是802.15.3a任務(wù)組(task gro

21、up)的框架便知。這個(gè)任務(wù)組于2011年底為了發(fā)展高速低功耗wpan的而成立。到2004年3月為止，對(duì)基于uwb的物理層提出了兩種仍在考慮中的提案：一種是將跳頻與正交頻分復(fù)用(ofdm)結(jié)合起來的mb(multi-band)方案，另一種是保存了原始uwb脈沖屬性的ds-uwb方案。由于兩種方案的截然不同，而且各自都有強(qiáng)大的陣營支持，制定uwb標(biāo)準(zhǔn)的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出最終的標(biāo)準(zhǔn)方案，于是將其交由市場(chǎng)解決，該工作組也于05年宣布投票解散。至今，uwb還在爭論之中。1.2 uwb的技術(shù)特點(diǎn)由于uwb與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，工作原理迥異，因此uwb具有如下傳統(tǒng)通信系統(tǒng)無法比擬的技術(shù)特

22、點(diǎn)45：(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單：當(dāng)前的無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化，從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息。而uwb則不使用載波，它通過發(fā)送納秒級(jí)脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。uwb發(fā)射器直接用脈沖小型激勵(lì)天線，不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻，從而也不需要功用放大器與混頻器，因此，uwb允許采用非常低廉的寬帶發(fā)射器。同時(shí)在接收端，uwb接收機(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī)，不需要中頻處理，因此，uwb系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單。(2)高速的數(shù)據(jù)傳輸：uwb以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨(dú)占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶。在軍

23、事應(yīng)用中，可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測(cè)率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳輸。(3)功耗低：uwb系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖時(shí)間很短，一般在0.20ns1.5ns之間，有很低的占空因數(shù)，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時(shí)系統(tǒng)的耗電量僅為幾百w幾十mw。因此，uwb設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)備有很大的優(yōu)越性。(4)安全性高：由于uwb信號(hào)能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，對(duì)一般通信系統(tǒng)，uwb信號(hào)相當(dāng)于白噪聲信號(hào)，并且大多數(shù)情況下，uwb信號(hào)的功率譜密度低于自然的電子噪聲，從電子噪聲中將脈沖信號(hào)檢測(cè)出來是一件非常困難的事。采用編碼對(duì)脈沖參數(shù)進(jìn)行偽隨機(jī)化后，脈沖的檢測(cè)

24、將更加困難。(5)多徑分辨能力強(qiáng)：由于常規(guī)無線通信的射頻信號(hào)大多為連續(xù)信號(hào)或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于多徑傳播時(shí)間多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。由于超寬帶無線電發(fā)射的事持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號(hào)在時(shí)間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時(shí)間上發(fā)生交疊，其多徑傳輸路徑長度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于多徑脈沖信號(hào)在時(shí)間上不重疊，很容易分理處多徑分量以充分利用發(fā)射信號(hào)的能量。大量的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)常規(guī)無線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)1030db的多徑環(huán)境，對(duì)超寬帶無線電信號(hào)的衰落最多不到5db。(6)定位精準(zhǔn)：沖擊脈沖具有很高的定位精度，采用超寬帶無線電通信，很容易將定位于通信合一，而常規(guī)

25、無線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精準(zhǔn)定位，而gps定位系統(tǒng)只能工作在gps定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)；與gps提供絕對(duì)地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)，此外，超寬帶無線電定位器更為便宜。(7)工程造價(jià)便宜：在工程實(shí)現(xiàn)上，uwb比其它無線技術(shù)要簡單得多，可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對(duì)脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個(gè)芯片上，設(shè)備的成本將很低。1.3 uwb與其它短距離無線技術(shù)的比較 從uwb技術(shù)參數(shù)來看，uwb的傳輸距離只有10m左右，因此我們只拿常見的短距離無線技術(shù)與uwb作一對(duì)比，從中更能顯示

26、出uwb的杰出的優(yōu)點(diǎn)。常見的短距離無線技術(shù)有ieee802.11a、藍(lán)牙、homerf。(1)ieee802.11a與uwb：ieee802.11a是由ieee制定的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一，物理層速率在54mbps，傳輸層速率在25mbps，它的通信距離可能 達(dá)到100m，而uwb的通信距離在10m左右。在短距離的范圍（如10m以內(nèi)），ieee802.11a的通信速率與uwb相差太大；超過這個(gè)距離范圍（即大于10m），由于uwb發(fā)射功率受限，uwb性能就差很多（目前從演示的產(chǎn)品來看，uwb的有效距離已擴(kuò)展到20m左右）。另外與uwb相比，802.11a的功耗相當(dāng)大。(2)藍(lán)牙(bluetooth)

27、與uwb藍(lán)牙技術(shù)是愛立信、ibm等5家公司在1998年聯(lián)合推出的一項(xiàng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。藍(lán)牙的傳輸距離為10cm10m。它采用2.4ghz ism頻段和調(diào)頻、跳頻技術(shù)，速率為1mbps。從技術(shù)參數(shù)上看，顯而易見uwb在速度方面較藍(lán)牙有非常大的優(yōu)勢(shì)。只是目前狀況，藍(lán)牙唯一比uwb優(yōu)越的地方就是藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，但是隨著uwb的發(fā)展這種優(yōu)勢(shì)就不會(huì)再是優(yōu)勢(shì)，因此有人在uwb出現(xiàn)時(shí)，把uwb看成是藍(lán)牙的殺手，不是沒有道理的。(3)homerf與uwbhomerf是專門針對(duì)家庭住宅環(huán)境開發(fā)出來的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，工作頻段為2.4ghz，這是不需許可證的公用無線頻段，有效傳輸范圍約50m其速率為1mbps

28、至2mbps。與uwb相比，各有優(yōu)勢(shì)：homerf的傳輸距離遠(yuǎn)，但速率太低；uwb傳輸距離只有homerf的五分之一，但速度卻是homerf的幾百倍甚至上千倍?？偠灾@些流行的短距離無線通信技術(shù)各有千秋，這些技術(shù)之間存在著相互競(jìng)爭，但在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)它們又相互補(bǔ)充。單純地說“uwb取代某種技術(shù)”這是一種不負(fù)責(zé)任的說法，就好像飛機(jī)又快又穩(wěn)，也沒有取代自行車一樣，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。1.4 uwb的應(yīng)用前景超寬帶技術(shù)在通信、雷達(dá)和無線定位等領(lǐng)域都將有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，人們對(duì)超寬帶技術(shù)深入的研究使超寬帶技術(shù)在系統(tǒng)理論、天線、功率放大器、脈沖的產(chǎn)生與接收、同步、集成電路等方面取得了重大進(jìn)步

29、，尤其是在超寬帶無線產(chǎn)生領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，使超寬帶通信成為了無線網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分成為可能34。利用超寬帶技術(shù)可以提供高數(shù)據(jù)率傳輸?shù)哪芰εc定位功能，可以設(shè)計(jì)依賴定位信息優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源管理的wpan和wlan，并應(yīng)用于多媒體傳輸、計(jì)算機(jī)通信和家庭娛樂等領(lǐng)域。利用脈沖超寬帶信號(hào)對(duì)障礙物的良好穿透特性與精確測(cè)距功能，可以設(shè)計(jì)既具有通信功能也具有定位功能的超寬帶脈沖無線通信與定位系統(tǒng)。廣泛用于傳感器網(wǎng)絡(luò)、消防、公共安全、庫存盤點(diǎn)、人員監(jiān)護(hù)與救生等重要領(lǐng)域。超寬帶信號(hào)具有很低的輻射功率，而這樣的輻射功率分布在頻率范圍內(nèi)，功率譜密度極低，類似白噪聲頻譜，具有低干擾、低截獲概率特性同時(shí)由于使用窄脈沖為信號(hào)載體并

30、采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收端必須已知發(fā)射端擴(kuò)頻嗎的條件下才能夠解調(diào)出發(fā)射數(shù)據(jù)來，加上它具有很強(qiáng)的抗多徑干擾能力，非常適合在軍事保密通信的應(yīng)用。1.5論文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本文在理解超寬帶無線通信的基礎(chǔ)上，對(duì)th-uwb信號(hào)特點(diǎn)及傳播特性，信道模型進(jìn)行深入研究。利用matlab對(duì)修改的s-v室內(nèi)信道模型進(jìn)行建模，仿真分析路徑損耗模型和多徑衰落模型對(duì)ppm-th-uwb超寬帶信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽Ｕ撐母髡鹿?jié)內(nèi)容具體安排如下：第1章為緒論。簡單介紹超寬帶的概念、簡史和發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用前景。第2章概括介紹了無線通信信道的特性，對(duì)比分析超寬帶信道模型特點(diǎn)，重點(diǎn)探討ieee802.15.3a推薦的室內(nèi)信道模型。第3章重點(diǎn)分析uw

31、b脈沖成形技術(shù)，脈沖調(diào)制技術(shù)和超寬帶系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)的基本方式，為后續(xù)仿真分析打下理論基礎(chǔ)。第4章在前文理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，確定仿真模型和參數(shù)設(shè)置。對(duì)發(fā)送信號(hào)模型及功率譜密度進(jìn)行分析，通過對(duì)ieee802.15.3a室內(nèi)信道的沖激響應(yīng)建模，分析信號(hào)在四種不同環(huán)境下的傳輸性能。第2章 超寬帶通信信道模型2.1 無線信道特性在無線通信系統(tǒng)中，無線信道的特性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的性能有著重大的影響。無線通信的信道是指基站天線、移動(dòng)用戶天線和兩副天線之間的傳播路徑。與其他通信信道相比較，由于無線通信環(huán)境的復(fù)雜性，移動(dòng)通信信道無疑是最復(fù)雜的一種。無線信道的基本特性是衰落特性。其衰落特性有以下三種表現(xiàn)：一種是信號(hào)隨著傳播

32、距離而導(dǎo)致的傳播損耗和彌散，稱為大尺度衰落；一種是由于傳播環(huán)境中的地形起伏、建筑物及其他障礙物的存在所引起的衰落，稱為中尺度衰落，又稱為陰影衰落；另外一種是到達(dá)接收機(jī)的多徑信號(hào)疊加時(shí)產(chǎn)生的衰落，稱為小尺度衰落，也稱為多徑衰落。在傳統(tǒng)傳播模型中的研究，主要幾種在給定范圍內(nèi)平均接收?qǐng)鰪?qiáng)的預(yù)測(cè)，和特定位置附近場(chǎng)強(qiáng)的變化。2.1.1大尺度衰落對(duì)于預(yù)測(cè)平均場(chǎng)強(qiáng)并用與估計(jì)無線覆蓋范圍的傳播模型，由于它們所描述的是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間（t-r）長距離（幾百或幾千米）上的場(chǎng)強(qiáng)變化，所以被稱為大尺度傳播模型。而這種模型中因傳播距離而引起的傳播損耗，稱為大尺度衰落。在本課題中，只涉及到室內(nèi)信道模型，因此無需考慮大尺

33、度衰落。2.1.2小尺度衰落小尺度衰落是由于同一傳輸信號(hào)沿兩個(gè)或多個(gè)路徑傳播，以微小的時(shí)間差到達(dá)接收端的信號(hào)相互間干涉所引起的。這些波稱之為多徑波。無線信道的多徑性導(dǎo)致小尺度衰落效應(yīng)的產(chǎn)生。三個(gè)主要效應(yīng)表現(xiàn)為：（1）經(jīng)過短距離或短時(shí)間傳播后信號(hào)強(qiáng)度的急速變化。（2）在不同多徑信號(hào)上，存在著時(shí)變的多普勒頻移引起的隨機(jī)頻率調(diào)制。（3）多徑傳播時(shí)延引起的擴(kuò)展。在無線通信信道中，有許多的因素影響小尺度衰落，包括：多徑傳播：信道中反射及反射物的存在，構(gòu)成了一個(gè)不斷消耗信號(hào)能量的環(huán)境，導(dǎo)致信號(hào)幅度、相位及時(shí)間的變化；移動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度：基站與移動(dòng)臺(tái)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)引起隨機(jī)頻率調(diào)制，這是由于多徑分量存在的多普勒

34、頻移現(xiàn)象；環(huán)境物體的運(yùn)動(dòng)速度：如環(huán)境物體以大于移動(dòng)臺(tái)的速度運(yùn)動(dòng)，那么這種運(yùn)動(dòng)將對(duì)小尺度衰落起決定作用；信號(hào)的傳輸帶寬：小尺度信號(hào)強(qiáng)度和短距傳輸后信號(hào)模糊的可能性與多徑信道的特定幅度、時(shí)延及傳輸信號(hào)的帶寬有關(guān)。2.1.3 多徑效應(yīng)無線通信中，從發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)在傳播過程中往往要受到各種障礙物的影響，導(dǎo)致到達(dá)接收機(jī)端的信號(hào)是來自不同傳播路徑下的信號(hào)的總和。在多徑環(huán)境下引起的信號(hào)的多徑衰落可以從時(shí)間和空間兩個(gè)方面來描述。從空間角度來看，若沿著移動(dòng)臺(tái)的移動(dòng)方向，接收信號(hào)的幅度會(huì)隨著距離的變動(dòng)而衰減。其中，由本地反射物所引起的多徑效應(yīng)呈現(xiàn)出較為快速的幅度變化，其局部均值為隨著距離增加而下降的曲線，這反映

35、了地形起伏所引起的衰落以及空間擴(kuò)散損耗。從時(shí)域角度來看，由于信號(hào)通過路徑的長度不同，因此不同路徑下信號(hào)的到達(dá)時(shí)間也會(huì)有差異。這樣，從發(fā)射機(jī)發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，那么接收機(jī)端所接收的信號(hào)中不僅還有脈沖信號(hào)，而且還包含了該脈沖信號(hào)在通過傳輸路徑時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)延信號(hào)。這種由于多徑效應(yīng)所引起的接收信號(hào)脈沖變寬的擴(kuò)展現(xiàn)象，稱之為時(shí)延擴(kuò)展。2.2 超寬帶室內(nèi)信道模型室內(nèi)傳播環(huán)境非常復(fù)雜，有很多因素會(huì)對(duì)信號(hào)的傳播過程產(chǎn)生影響。如室內(nèi)障礙物對(duì)傳播信號(hào)的反射、散射、透射和衍射等會(huì)引起信號(hào)的多徑衰落、陰影衰落和路徑損耗。2.2.1 室內(nèi)信道模型對(duì)室內(nèi)信道模型的最初研究可追溯到1959年，從那時(shí)起，已經(jīng)提出了多個(gè)用于室內(nèi)

36、窄帶傳輸模型。針對(duì)超寬帶信道的情況，也進(jìn)行了多次室內(nèi)傳播測(cè)量實(shí)驗(yàn)，提出了許多不同的信號(hào)模型，其中包括它們的信道測(cè)量時(shí)延環(huán)境、數(shù)據(jù)描述、路徑損耗模型、多徑模型等。超寬帶信道的主要特征主要體現(xiàn)在信道的路徑損耗和多徑衰落上，因此，本設(shè)計(jì)從路徑損耗和多徑衰落兩方面考慮。1、路徑損耗模型超寬帶信號(hào)的短距離、高速傳輸?shù)奶攸c(diǎn)十分適合于室內(nèi)環(huán)境，但室內(nèi)多徑的現(xiàn)象十分嚴(yán)重。并且由于多徑及室內(nèi)障礙物的存在，不可避免的存在了路徑損耗。所以研究信道模型就要先研究路徑損耗模型。路徑損耗模型主要用于描述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間距離大于5米以上的信號(hào)強(qiáng)度的變化，屬于大尺度信道模型，它表征了接收信號(hào)在一定時(shí)間內(nèi)的均值或功率隨傳播距

37、離的變化呈現(xiàn)出緩慢變化，最新研究發(fā)現(xiàn)它與信號(hào)傳輸頻率也有關(guān)系。在文獻(xiàn)9中所描述的模型就是路徑損耗模型。利用參數(shù)（，）表示在個(gè)時(shí)間窗內(nèi)接收信號(hào)功率延遲剖面圖（pdps），能量增益表示在時(shí)間窗為、中心頻率在、傳輸距離為l的接收信號(hào)能量與傳輸距離為的參考接收信號(hào)能量的比值。選取時(shí)間窗。平均能量增益平均可分辨的多徑分量數(shù)量可用pdp的時(shí)間衰落常數(shù)描述，而第二個(gè)多徑分量的大小為： （2.1）時(shí)間衰落常數(shù)服從參數(shù)為，的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即 （2.2）而參數(shù)服從參數(shù)、的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即 （2.3）對(duì)于路徑損耗，總平均能量為： （2.4）式中，表示參考距離。然而，對(duì)于總平均接收信號(hào)能量的歸一化（相當(dāng)于1m距離的參

38、考信號(hào)能量，則服從均值為公式（2.2）、標(biāo)準(zhǔn)差為5.9db的對(duì)數(shù)正態(tài)分布，即 （2.5）除了文獻(xiàn)9描述了路徑損耗模型外，文獻(xiàn)10也給出了不同信噪比下超寬帶信號(hào)室內(nèi)傳播的路徑損耗特性。2、多徑傳播模型多徑傳播模型用于描述短距離或短時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的快速變化。主要描述無線信號(hào)經(jīng)短距離或短時(shí)間傳輸后經(jīng)兩個(gè)或兩個(gè)以上路徑在一微小的時(shí)間間隔到達(dá)接收機(jī)的傳播特性。（1）多徑衰落信道功率統(tǒng)計(jì)模型路徑損耗模型是從宏觀上描述無線電信號(hào)受傳輸環(huán)境影響的統(tǒng)計(jì)特性，而多徑信道統(tǒng)計(jì)特性則是從微觀上描述小范圍環(huán)境變化對(duì)無線電信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，有多個(gè)參數(shù)表征，分別描述信道的不同方面特性。 gamma分布能很好的描述文獻(xiàn)11

39、中由于小范圍多徑衰落對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，通常用gamma（；m）表示，其中均值為，參量為m。在每個(gè)接收窗內(nèi)，小范圍統(tǒng)計(jì)特性由不同的的參數(shù)表示：，隨額外時(shí)延的增加而減少，即，其中服從截尾高斯分布，即當(dāng)服從高斯分布，該分布的均值和方差的在每個(gè)接收信號(hào)時(shí)間窗內(nèi)是不同的，其均值和方差分別為： （2.6） （2.7） （2）多徑衰落信道信號(hào)幅度統(tǒng)計(jì)特性前面的結(jié)果是根據(jù)文獻(xiàn)11的實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)得到的，從中反映了超寬帶信道在室內(nèi)多徑環(huán)境中的部分統(tǒng)計(jì)特性，然而隨著所處環(huán)境的變化，信號(hào)的分布特性可能會(huì)發(fā)生變化。由于超寬帶無線電脈沖持續(xù)時(shí)間很短，因此大部分多徑分量都可以從時(shí)域上分析出來，在接收信號(hào)很小的時(shí)間窗內(nèi)，只有

40、有限數(shù)目的多徑分量發(fā)生重疊，這寫重疊部分導(dǎo)致信號(hào)衰落。根據(jù)超寬帶無線電信號(hào)在多徑傳播中這一特點(diǎn)，文獻(xiàn)12提出適合超寬帶無線電室內(nèi)多徑傳播的信號(hào)幅度特性，即poca-nazu分布。2.2.2 室內(nèi)信道特征參數(shù)對(duì)于室內(nèi)信道模型的研究必然需要分析信道的一些特性。下面給出信道路徑損耗指數(shù)、沖激響應(yīng)、平均超量時(shí)延和rms時(shí)延擴(kuò)展以及多徑分量數(shù)目等參數(shù)的分析方法。其中，路徑損耗和陰影衰落根據(jù)測(cè)量信道頻率響應(yīng)來估計(jì)，而其他統(tǒng)計(jì)參數(shù)則通過對(duì)信道沖激響應(yīng)的分析得到。1、路徑損耗路徑損耗是在頻域中對(duì)示波器數(shù)據(jù)fft進(jìn)行補(bǔ)償后，通過對(duì)幅度平方求和進(jìn)行估計(jì)。將數(shù)據(jù)分離為los路徑分量和nlos路徑分量，則可以計(jì)算出路

41、徑為： （2.8）式中：路徑損耗用db表示；是在參考距離1m處的損耗；是用米為單位表示的中心波長；是以米為單位的距離；是陰影衰落（方差為的零均值高斯隨機(jī)變量，單位是db），而且在自由空間情況下路徑損耗指數(shù)。2、沖激響應(yīng)室內(nèi)信道傳播的主要特點(diǎn)是：由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在多條傳播路徑，發(fā)射信號(hào)傳播之后會(huì)產(chǎn)生多個(gè)經(jīng)過時(shí)延和衰減的信號(hào)。接收信號(hào)可以表示為： （2.9）其中，和分別是第n條路徑時(shí)刻t的信道增益和信道時(shí)延，是時(shí)刻t觀測(cè)到的路徑數(shù)，是接收機(jī)處的加性噪聲。式（2.9）說明，信道可以由、和完全表征。從上式中可以得到信道的沖激響應(yīng)，可以寫成： （2.10）其中，是dirac數(shù)。在式（2.9）中，

42、考慮了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的移動(dòng)等因素引起的傳播環(huán)境的變化，信道沖激響應(yīng)是時(shí)變的。而通常情況下，我們認(rèn)為信道的變化速率與脈沖速率相比很慢。我們假定在觀測(cè)時(shí)間t（t大于脈沖平均重復(fù)周期）內(nèi)信道是穩(wěn)定的。在這樣的假設(shè)下，式（2.9）可以表示為： （2.11）信道沖激響應(yīng)可寫為： （2.12）上式即為著名的truin模型。這種信道假定表征信道的所有參數(shù)都是服從特定分布的隨機(jī)變量。所以我們需要知道關(guān)于信道增益、脈沖到達(dá)時(shí)間以及路徑數(shù)n的統(tǒng)計(jì)信息，他們可以在接收端得到。但是，在應(yīng)用于沖激無線電時(shí)，式（2.11）表示的模型因?yàn)闆]有考慮脈沖在反射或穿透障礙物時(shí)其形狀的變化，從而致使這個(gè)模型存在較大缺陷。脈沖的形狀

43、應(yīng)與傳播路徑有關(guān)，不同的傳播路徑有不同的沖激響應(yīng)。因此，接收信號(hào)應(yīng)表示為： （2.13）這里，一個(gè)特定的脈沖波形與路徑n對(duì)應(yīng)1。3、多徑分量數(shù)目對(duì)于每一個(gè)脈沖沖激響應(yīng)進(jìn)行歸一化，使其峰值等于1，然后分別計(jì)算大于-10db、-20db、-30db的樣本數(shù)目。將每一類中的幅度平方和除以所有測(cè)量點(diǎn)的幅度平方和，可以得到它在整個(gè)能量中的比值。根據(jù)在峰值10db范圍內(nèi)多徑數(shù)目實(shí)測(cè)值可以知道，多徑數(shù)目會(huì)受到實(shí)數(shù)通帶和復(fù)數(shù)值基帶表示方法、不同時(shí)間窗長度、加窗和非加窗處理、利用nlos和los數(shù)據(jù)或所有測(cè)量數(shù)據(jù)等多方面因素的影響18。4、時(shí)延擴(kuò)展估計(jì)時(shí)延擴(kuò)展的方法有時(shí)域方法和頻域方法兩種。對(duì)于時(shí)域方法，根據(jù)單

44、個(gè)沖激響應(yīng)可以按照下面的公式失算平均超量時(shí)延： （2.14）上式中是第i個(gè)沖激響應(yīng)估計(jì)值的的所在時(shí)刻位置，時(shí)延相對(duì)于其均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差可記為，它由下式計(jì)算： （2.15）其中： （2.16）式（2.15）表示了信道沖激響應(yīng)的有效持續(xù)時(shí)間，它是接收端判斷isi存在與否的最基本參數(shù)：如果兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔小于，就存在isi。事實(shí)上，任一接受脈沖都會(huì)受到先前發(fā)射的脈沖延時(shí)到達(dá)的影響。對(duì)于密集多徑環(huán)境（如室內(nèi)傳播時(shí)），其信道沖激響應(yīng)對(duì)大的顯示出明顯的功率分布。因此大，此時(shí)脈沖間隔必須增加以控制isi。對(duì)于多徑不太嚴(yán)重的信道（如室外信道），信道對(duì)沖激響應(yīng)的能量主要幾種在第一條路徑（即對(duì)應(yīng)于較小的值的路徑）

45、，這是，比較小，脈沖重復(fù)周期可以相應(yīng)減小。5、功率延遲剖面式（2.12）沖激響應(yīng)的功率剖面（pdp）可以用一個(gè)圖形表示，其坐標(biāo)分量分別為不同分量的到達(dá)時(shí)間和相應(yīng)的接收功率。基本路徑的到達(dá)時(shí)間一般是相對(duì)于los而言的，los分量的到達(dá)時(shí)間固定為0。2.2.3 ieee802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)信道模型1、s-v信道模型saleh和valenzuela利用他們?cè)谄滢k公樓處的測(cè)量結(jié)果和其他研究這的測(cè)量結(jié)果，提出了用于不同室內(nèi)無線系統(tǒng)仿真和分析的室內(nèi)無線信道統(tǒng)計(jì)模型。這一模型被證實(shí)和測(cè)量結(jié)果一致，并可以通過調(diào)整參數(shù)擴(kuò)展到其它的建筑物。該模型主要用四個(gè)參數(shù)來描述不同的環(huán)境：簇到達(dá)速率、每簇中射線到達(dá)的速率、

46、簇衰落因子和射線衰落因子。s-v模型假定多徑成簇到達(dá)，在一簇里，接收到的多徑中的一徑的幅度是一個(gè)獨(dú)立瑞利隨機(jī)變量，并有一個(gè)隨著傳播衰減和時(shí)延而指數(shù)衰減的變量。多徑中一徑的相位角是一個(gè)在0，2之間均勻分布的獨(dú)立隨機(jī)變量。簇和一簇中的多徑構(gòu)成泊松到達(dá)過程，簇的表達(dá)式和建筑物結(jié)構(gòu)有關(guān)，一簇內(nèi)的多徑是由發(fā)送和接收附近物體的多次反射組成。該模型仿真時(shí)比較簡單，而且對(duì)被測(cè)信道模擬比較準(zhǔn)確，已經(jīng)成功的應(yīng)用在辦公室環(huán)境中，但是在一些復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境中采集數(shù)據(jù)就不行了。2、ieee802.15.3a的標(biāo)準(zhǔn)信道模型在最初的s-v模型中幅度統(tǒng)計(jì)是服從瑞利分布的。然而，在uwb信道的測(cè)試中發(fā)現(xiàn)幅度的分布更符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布

47、。因此，ieee802.15.3a工作組對(duì)其子委員會(huì)在2002年11月提交的uwb信道模型稍作改進(jìn)，規(guī)定了幅度是對(duì)數(shù)分布的，并引入了一個(gè)變量來表示總的多徑能量的對(duì)數(shù)正態(tài)分布的信道增益的變化。最終與2003年7月頒布了uwb的室內(nèi)信道模型，同時(shí)這個(gè)信道模型被假定在觀察期間是靜止的。ieee模型的信道沖激響應(yīng)可以表示為： （2.17）其中，x代表對(duì)數(shù)正態(tài)分布的信道增益的變化；l代表觀測(cè)到的簇的數(shù)目；代表第n簇中接收到的多徑數(shù)目；代表第k條路徑的系數(shù)；表示第n簇的到達(dá)時(shí)間，是第n簇中第k條路徑的時(shí)延。信道系數(shù)可以定義為 （2.18）上式中，為以等概率取+1和-1的離散隨機(jī)變量，是第n簇中第k條路徑的

48、服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布的信道系數(shù)，可以表示為 （2.19）其中，是均值為、標(biāo)準(zhǔn)差為的高斯隨機(jī)變量，特別的，可以進(jìn)一步分解為 （2.20）其中和為兩個(gè)高斯隨機(jī)變量，分別表示每簇和每個(gè)分量的信道系數(shù)的變化，我們分別用和表示和的方差。另外，利用簇幅度和簇內(nèi)每個(gè)多徑分量的幅度都服從指數(shù)衰減的特點(diǎn)，可以得到的值： （2.21）對(duì)每個(gè)實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)包含的總能量必須歸一化為單位能量，即 （2.22）根據(jù)s-v模型，到達(dá)時(shí)間變量和分別為到達(dá)速率為和的泊松過程。幅度增益x為對(duì)數(shù)正態(tài)隨機(jī)變量： （2.23）其中g(shù)是均值、方差為的高斯隨機(jī)變量。值取決于平均多徑增益g，它是在觀測(cè)位置測(cè)量得到的，即有； （2.24）對(duì)于給定的平均

49、衰減指數(shù)，g可以功過下式確定 （2.25）其中是距離d=1m時(shí)的參考功率增益，是能量或功率衰減指數(shù)。根據(jù)上面的定義，當(dāng)下面的參數(shù)明確后，沖激響應(yīng)式（2.17）表示的信道模型就可以完全表征出來：（1）簇平均到達(dá)速率；（2）脈沖平均到達(dá)速率；（3）簇的功率衰減因子；（4）簇內(nèi)脈沖的功率衰減因子；（5）簇的信道系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差；（6）簇內(nèi)脈沖的信道系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差；（7）信道幅度增益的標(biāo)準(zhǔn)偏差1。2.3 本章小結(jié)本章首先分析了無線信道的傳輸特性，在此基礎(chǔ)上對(duì)超寬帶信道衰落特性和多徑效應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)分析，探討了描述超寬帶室內(nèi)信道特性的主要參數(shù)，選取ieee802.15.3a推薦的室內(nèi)信道模型為主要仿真對(duì)象。第3章

50、 ir-uwb信號(hào)的發(fā)射和接收ir-uwb是uwb通信最經(jīng)典的實(shí)現(xiàn)方式，通信時(shí)利用寬度在亞納秒級(jí)的，具有極低占空比的基帶窄脈沖序列攜帶信息。發(fā)射信號(hào)是由單脈沖信號(hào)組成的時(shí)域脈沖序列，其頻譜已經(jīng)在射頻段，無需經(jīng)過頻譜搬移就可以直接輻射。通常采用的調(diào)制方式有ppm、bpsk、pam等。窄脈沖通常采用高斯函數(shù)族波形，升余弦波形或者這些波形的組合。3.1 uwb無線電通信的基本原理根據(jù)香農(nóng)公式，通信系統(tǒng)的信道容量為： （3.1）其中c是信道最大容量，單位是b/s；b是信道帶寬hz；s是信號(hào)的功率w，n是噪聲的功率w。此式說明：在高斯信道中當(dāng)傳輸系統(tǒng)的信噪比s/n下降時(shí)，可用增加系統(tǒng)傳輸帶寬的辦法來保持

51、信道容量c不變，以實(shí)現(xiàn)信道內(nèi)無差錯(cuò)通信。香農(nóng)還指出，在高斯噪聲干擾下，有限平均功率的信道上，實(shí)現(xiàn)有效和可靠通信的最佳信號(hào)是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)，這是由于高斯白噪聲理想的自相關(guān)特性所決定。超寬帶脈沖通信就是通過發(fā)射接收具有皮秒（, ）量級(jí)的脈沖信號(hào)來傳輸信息的。它以每秒數(shù)十兆的速率發(fā)射和接收脈寬小于1ns的窄脈沖信號(hào)，信息通過脈沖位置調(diào)制(ppm)調(diào)制到精確定時(shí)的脈沖串中去。3.2 ir-uwb脈沖根據(jù)方maxwell程可知，收發(fā)天線對(duì)uwb信號(hào)的微分作用比窄帶系統(tǒng)明顯的多，這樣，當(dāng)采用高斯脈沖信號(hào)的時(shí)候，由于高斯脈沖信號(hào)的各次微分具有很簡單的形式，分析起來很方便，所以當(dāng)選用脈沖信號(hào)作為uwb信號(hào)模型時(shí)，大多都使用高斯脈沖信號(hào)。高斯脈沖表達(dá)式如下： （3.2）式中=4是脈沖形成因子，為方差。上式中右邊取負(fù)號(hào)時(shí)所得的脈沖波形和相應(yīng)的能量譜密度（esd）如圖3.1所示。圖3.1 典型高斯脈沖波形及其能量譜密度圖（=0.714ns）如果要改變波形而獲得頻譜形成主要有以下三種方法改變脈沖寬度、對(duì)脈沖進(jìn)行微分和對(duì)基函數(shù)的組合。脈沖寬度取決于脈沖形成因子。減小的值將會(huì)使脈沖寬度壓縮，從而擴(kuò)展傳輸信號(hào)的帶寬。因此，同一波形可以通過改變脈沖形成因子的值來得到不同的帶寬。注意到高斯脈沖有無限的持續(xù)時(shí)間，這將不可避免地導(dǎo)致脈沖混疊和符號(hào)間干擾（isi