通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 1 引言 超寬帶（uwb,ultra wide band）無線技術(shù)在無線電通信、雷達(dá)、跟蹤、精確定位、成像、武器控制等眾多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此被認(rèn)為是未來幾年電信熱門技術(shù)之一。1990年，美國(guó)國(guó)防部首先定義了“超寬帶”概念，超寬帶無線通信開始得到美國(guó)軍方和政府部門的重視。2002年4月，美國(guó)fcc通過了超寬帶技術(shù)的商用許可，超寬帶無線通信在民用領(lǐng)域開始受到普遍關(guān)注。目前“超寬帶”的定義只是針對(duì)信號(hào)頻譜的相對(duì)帶寬（或絕對(duì)帶寬）而言，沒有界定的時(shí)域波形特征。因此，有多種方式產(chǎn)生超寬帶信號(hào)。其中，最典型的方法是利用納秒級(jí)的窄脈沖（又稱為沖激脈沖）的頻譜特性來實(shí)現(xiàn)1。 超

2、寬帶無線電是對(duì)基于正弦載波的常規(guī)無線電的一次突破。幾十年來，無線通信都是以正弦載波為信息載體，而超寬帶無線通信則以納秒級(jí)的窄脈沖作為信息載體。其信號(hào)產(chǎn)生、調(diào)制解調(diào)、信號(hào)隱蔽性、系統(tǒng)處理增益等方面，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其是能夠在密集的多徑環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高速傳輸。由于脈沖持續(xù)時(shí)間很短，多徑分量在時(shí)域上不易重疊，多徑分辨能力高，通過先進(jìn)的多徑分離技術(shù)或瑞克接收機(jī)，可以充分利用多徑分量。 目前，典型的超寬帶無線通信調(diào)制方式以th-ppm、th-pam為主，本論文中，介紹超寬帶無線通信中的調(diào)制技術(shù)，主要討論th-ppm、th-pam的基本原理，并且對(duì)比調(diào)制技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，性能的好壞，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)的仿真，從仿真圖中

3、較清楚的研究調(diào)制方式，從而得出正確的結(jié)論，細(xì)致的研究超寬帶無線通信中的調(diào)制技術(shù)。 關(guān)鍵字：超寬帶 調(diào)制方式 ppm調(diào)制 pam調(diào)制 ofdm調(diào)制 2 概述 2.1 總述 近幾年來,超寬帶短距離無線通信引起了全球通信技術(shù)領(lǐng)域極大的重視。超寬帶通信技術(shù)以其傳輸速率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為短距離無線通信極具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景的技術(shù)之一。fcc(美國(guó)通信委員會(huì)) 對(duì)超寬帶系統(tǒng)的最新定義是:相對(duì)帶寬(在- 10db 點(diǎn)處) (fh - fl)/fc 20 %(fh ,fl ,fc分別為帶寬的高端頻率、低端頻率和中心頻率) 或者總帶寬bw 500mhz。1它與現(xiàn)有的無線電系統(tǒng)比較,在花費(fèi)更小的制造成本

4、的條件下,能夠做到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(100500mbps) 、更強(qiáng)的抗干擾能力(處理增益50db 以上) ,同時(shí)具有極好的抗多徑性能和十分精確的定位能力(精度在cm 以內(nèi)) 。 2.2 uwb基本原理 發(fā)射超寬帶(uwb) 信號(hào)最常用和最傳統(tǒng)的方法是發(fā)射一種時(shí)域上很短(占空比低達(dá)0. 5 %) 的沖激脈沖。這種傳輸技術(shù)稱為“沖擊無線電( ir) ”.uwb - ir 又被稱為基帶無載波無線電,因?yàn)樗幌駛鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)中使用正弦波把信號(hào)調(diào)制到更高的載頻上,而是用基帶信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)天線輸出的6;由信息數(shù)據(jù)對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制,同時(shí),為了形成所產(chǎn)生信號(hào)的頻譜而用偽隨即序列對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼。因此沖擊脈沖和調(diào)

5、制技術(shù)就是超寬帶的兩大關(guān)鍵所在。 2.2.1 脈沖信號(hào) 從本質(zhì)上講,產(chǎn)生脈沖寬度為納秒級(jí)的信號(hào)源是uwb 技術(shù)的前提條件。目前產(chǎn)生脈沖信號(hào)源的方法有兩類: 光電方法,基本原理是利用光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通瞬間的陡峭上升沿獲得脈沖信號(hào)。由于作為激發(fā)源的激光脈沖信號(hào)可以有很陡的前沿,所以得到的脈沖寬度可達(dá)到皮秒(10 - 12 ) 量級(jí)。另外,由于光導(dǎo)開關(guān)是采用集成方法制成的,可以獲得很好的一致性,因此是最有發(fā)展前景的一種方法。電子方法,利用微波雙極性晶體管雪崩特性,在雪崩導(dǎo)通瞬間,電流呈“雪崩”式迅速增長(zhǎng),從而獲得具有陡峭前沿的波形,成形后得到極短脈沖。在電路設(shè)計(jì)中,采用多個(gè)晶體管串行級(jí)聯(lián),使用并行同步觸發(fā)

6、的方式,加快了雪崩過程,從而達(dá)到進(jìn)一步降低脈沖寬度的目的7。 沖激脈沖通常采用單周期高斯脈沖,典型的單周期高斯脈沖的時(shí)域和頻域數(shù)學(xué)模型分別表示為: (2-1) (2-2) 單周期脈沖的寬度在納秒級(jí)(0. 11. 5ns) ,重復(fù)周期為251000ns ,具有很寬的頻譜,如圖2-1 所示。實(shí)際通信中使用的是一長(zhǎng)串的脈沖,由于時(shí)域中信號(hào)的周期性造成了頻譜的離散化,周期性的單脈沖序列頻譜中出現(xiàn)了強(qiáng)烈的能量尖峰。這些尖峰將會(huì)對(duì)信號(hào)構(gòu)成干擾,通過數(shù)據(jù)信息和偽隨機(jī)碼來進(jìn)行編碼p調(diào)制,改變脈沖與脈沖間的時(shí)間間隔,可以降低頻譜的尖峰幅度2。 圖2-1 單周期脈沖的時(shí)間域和頻率域的表示 2.2.2 uwb的調(diào)制

7、技術(shù) 超寬帶系統(tǒng)中信息數(shù)據(jù)對(duì)脈沖的調(diào)制方法可以有多種。脈沖位置調(diào)制( ppm) 和脈沖幅度調(diào)制(pam) 是uwb 最常用的兩種調(diào)制方式。通常uwb信號(hào)模型為: (2-3) 其中,w ( t) 表示發(fā)送的單周期脈沖, dj , tj 分別表示單脈沖的幅度和時(shí)延。 a pam- uwb pam是一種通過改變那些基于需傳輸數(shù)據(jù)的傳輸脈沖幅度的調(diào)制技術(shù)。在pam調(diào)制系統(tǒng)中,一系列的脈沖幅度被用來代表需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。任何形狀的脈沖都是通過其幅度調(diào)制使傳輸數(shù)據(jù)在 - 1 , + 1之間變化(對(duì)于雙極性信號(hào)) 或在m 個(gè)值之間變化(對(duì)于m 元pam) 。增加傳輸脈沖所占的帶寬或減少脈沖重復(fù)頻率,都可以增加

8、一個(gè)固定平均功率譜密度的uwb 系統(tǒng)所能達(dá)到的吞吐量和傳輸距離,可以看出這一效果與增加傳輸功率的峰值的效果是相似的。8 采用脈沖幅度調(diào)制(pam)的超寬帶信號(hào)波形如下:4 (2-4) 其中, dj 是信息序列, tf 是脈沖重復(fù)周期。根據(jù)dj 的不同取值, 可將pam調(diào)制方式分為以下三種: （1） ook(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,uwb 信號(hào)的幅度為1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,uwb 信號(hào)的幅度為0) ; （2）ppam(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,uwb 信號(hào)的幅度為1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,uwb 信號(hào)的幅度為2) ; （3）bpsk(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,uwb 信號(hào)的幅度為1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,uwb 信號(hào)的幅度為- 1

9、) 。 對(duì)于這三種方式,在超寬帶的pam調(diào)制方式中多采用bpsk方式。 b ppm- uwb 脈沖位置調(diào)制(ppm) 又稱時(shí)間調(diào)制(tm) ,是用每個(gè)脈沖出現(xiàn)的位置落后或超前某一標(biāo)準(zhǔn)或特定時(shí)刻來表示某個(gè)特定信息的3。二進(jìn)制ppm 是超寬帶無線通信系統(tǒng)經(jīng)常使用的一種調(diào)制方法,相對(duì)其它調(diào)制方法來說也是較早使用的一種方法。采用ppm的一個(gè)重要原因是它能夠使用零相差的相關(guān)接收機(jī)來接收檢測(cè)信號(hào),而這種接收機(jī)有著非常好的性能。采用脈沖位置調(diào)制( ppm) 的超寬帶信號(hào)波形如下: (2-5) 其中, dj 取0 或1 ,為調(diào)制因子, 與脈沖寬度tm (1/tf ) 是一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)為1 時(shí)脈沖就會(huì)相

10、應(yīng)滯后一個(gè)時(shí)延。 圖2-2 給出了上述四種調(diào)制方法的信號(hào)波形圖,對(duì)這四種調(diào)制方式給出了一個(gè)比較直觀的描述。 除了這些對(duì)脈沖的調(diào)制方法外,用偽隨機(jī)碼或偽隨機(jī)噪聲(pn) 對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼以得到所產(chǎn)生信號(hào)的頻譜時(shí),根據(jù)編碼的不同即擴(kuò)頻和多址技術(shù)不同,超寬帶系統(tǒng)又被分為跳時(shí)的超寬帶系統(tǒng)(th - uwb) 、直擴(kuò)的超寬帶系統(tǒng)(ds - uwb) 、跳頻的超寬帶系統(tǒng)(fh - uwb) 和基帶多載波超寬帶系統(tǒng)(mc - uwb) 等9。 圖2-2 不同調(diào)制方式的信號(hào)波形4 2.3 uwb 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)特點(diǎn)4:

11、(1)系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出c = blog2 (1 +s/n) 可以看出,帶寬增加使信道容量的升高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號(hào)功率上升所帶來的效應(yīng),這一點(diǎn)也正是提出超寬帶技術(shù)的理論機(jī)理。超寬帶無線電系統(tǒng)用戶數(shù)量大大高于3g系統(tǒng)。 (2)高速的數(shù)據(jù)傳輸。uwb 系統(tǒng)使用上ghz 的超寬頻帶,根據(jù)香農(nóng)信道容量公式,即使把發(fā)送信號(hào)功率密度控制得很低,也可以實(shí)現(xiàn)高的信息速率。一般情況下,其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾百mbps1gbps。 (3)多徑分辨能力強(qiáng)。uwb 由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率,窄脈沖的多徑信號(hào)在時(shí)間上不易重疊,很容易分離出多徑分量,所以能充分利用發(fā)射信號(hào)的能量。實(shí)驗(yàn)表明

12、,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,uwb 信號(hào)的衰落最多不到5db。 (4)隱蔽性好。因?yàn)閡wb 的頻譜非常寬,能量密度非常低,因此信息傳輸安全性高。另一方面,由于能量密度低,uwb 設(shè)備對(duì)于其他設(shè)備的干擾就非常低。 (5)定位精確。沖激脈沖具有很高的定位精度,采用超寬帶無線電通信,可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位,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)。 (6)抗干擾能力強(qiáng)。uwb 擴(kuò)頻處理增益主要取決于脈沖的占空比和發(fā)送每個(gè)比特所用的脈沖數(shù)。uwb 的占空比一般為0.

13、 010. 001 ,具有比其它擴(kuò)頻系統(tǒng)高得多的處理增益,抗干擾能力強(qiáng)。一般來說,uwb 抗干擾處理增益在50db 以上。 (7)低成本和低功耗。uwb 無線通信系統(tǒng)接收機(jī)沒有本振、功放、鎖相環(huán)( pll) 、壓控振蕩器(vco) 、混頻器等, 因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備成本將很低。由于uwb 信號(hào)無需載波,而是使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù),脈沖持續(xù)時(shí)間很短,一般在0. 20ns1. 5ns之間,有很低的占空因數(shù),所以它只需要很低的電源功率。一般uwb 系統(tǒng)只需要5070mw 的電源,是藍(lán)牙技術(shù)的十分之一10。盡管如此,uwb 在技術(shù)上面臨一定的挑戰(zhàn), 還有諸多技術(shù)的問題有待研究解決,比如需要更好地理解u

14、wb 傳播信道的特點(diǎn),建立信道模型,解決多徑傳播;需要進(jìn)一步研究高速脈沖信號(hào)的生成、處理等技術(shù);研究新的調(diào)制技術(shù),進(jìn)一步降低收發(fā)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度等。 2.4 uwb發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成框圖 2.4.1 uwb發(fā)射機(jī)組成框圖 uwb發(fā)射機(jī)直接發(fā)送納秒級(jí)脈沖來傳輸數(shù)據(jù)而不需使用載波電路。所以，uwb發(fā)射機(jī)比現(xiàn)有的無線發(fā)射設(shè)備要簡(jiǎn)單得多。th-uwb發(fā)射機(jī)組成框圖如圖2-3所示5。 圖2-3 uwb發(fā)射機(jī)組成框圖 調(diào)制后的數(shù)據(jù)與偽碼產(chǎn)生器生成的偽碼一起送入可編程延遲電路，可編程延遲電路產(chǎn)生的時(shí)延控制脈沖信號(hào)發(fā)生器的發(fā)送時(shí)刻，脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的uwb信號(hào)由天線輻射出去。脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路的一個(gè)關(guān)鍵部分是天線

15、，它的作用相當(dāng)于一個(gè)濾波器。 2.4.2 uwb接收機(jī)組成框圖 th-uwb接收機(jī)采用相關(guān)接收方式，接收機(jī)框圖如圖4所示。圖4中虛線內(nèi)的部分是相關(guān)器。它由乘法器、積分器和取樣/保持電路三部分組成5。 接收機(jī)與發(fā)射機(jī)類似，兩者的區(qū)別在于接收機(jī)的基帶信號(hào)處理器從取樣/保持電路中解調(diào)數(shù)據(jù)，基帶信號(hào)處理器的輸出控制可編程時(shí)延電路，為可編程時(shí)延電路提供定時(shí)跟蹤信號(hào)，保證相關(guān)器正確解調(diào)出數(shù)據(jù)。 圖2-4 uwb接收機(jī)組成框圖 2.5 uwb 技術(shù)的應(yīng)用前景 uwb 系統(tǒng)在很低的功率譜密度的情況下,uwb具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢(shì),最大可以提供高達(dá)1000mbps 以上的傳輸速率,使uwb 同其它短距離無線

16、通信系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯,如表1 所示?，F(xiàn)有的各種無線解決方案(例如802. 11 ,bluetooth等) 的速率均低于100mbit/s ,uwb 則在10m 左右的范圍之內(nèi)打破了這一限制,uwb 的應(yīng)用將使人們可以擺脫更多線纜的牽絆,通信因而變得更為方便6。 2.6 結(jié)束語 無線通信已經(jīng)迅速滲入我們的生活當(dāng)中,對(duì)容量不斷增長(zhǎng)的要求需要一種不對(duì)現(xiàn)有的通信系統(tǒng)造成影響的新的無線通信方案,超寬帶脈沖無線電系統(tǒng)正好滿足了這一要求。uwb 技術(shù)對(duì)于無線短距離的高速數(shù)據(jù)通信是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的,隨著研究的深入,憑借多方面的優(yōu)勢(shì),它將在很多領(lǐng)域占有一席之地。特別是短距離傳輸?shù)暮?g領(lǐng)域,uwb 將有廣闊

17、的發(fā)展空間8。 表1 幾種短距離無線通信比較 ieee802. 11a bluetooth uwb 工作頻率 2. 4ghz 2. 4022. 48ghz 3. 110. 6ghz 傳輸速率 54mbps 小于1mbps 大于480mbps 通信距離 10m100m 10m 小于10m 發(fā)射功率 1 瓦以上 1 毫瓦100毫瓦 1 毫瓦以下 容量空間 80kbps/m2 30kbps/m2 1000kbps/m2 應(yīng)用范圍 無線局域網(wǎng) 家庭和辦公室互連 近距離多媒體 終端類型 筆記本、臺(tái)式電腦、掌上電腦、因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 筆記本、移動(dòng)電話、掌上電腦、移動(dòng)設(shè)備 無線電視、dvd , 高速因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 3

18、 matlab 軟件工具介紹 3.1 matlab語言的概述 matlab是一種科學(xué)計(jì)算軟件，適用于工程應(yīng)用各領(lǐng)域的分析設(shè)計(jì)與復(fù)雜計(jì)算，它使用方便，輸入簡(jiǎn)捷，運(yùn)算高效且內(nèi)容豐富，很容易由用戶自行擴(kuò)展。因此，它已成為大學(xué)教學(xué)和科學(xué)研究中最常用且必不可少的工具。 matlab是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”（matrix laboratoy）的縮寫，它是一種以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)的交互式程序語言，著重針對(duì)科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算和繪圖的需求。與其他計(jì)算機(jī)語言相比，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔和智能化，適應(yīng)科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習(xí)慣，使得編程和調(diào)試效率大大提高。它用解釋方式工作，鍵入程序立即得出結(jié)果，人機(jī)交互性能好，為科技人員所樂于接受

19、。特別是它可適應(yīng)多種平臺(tái)，并且隨計(jì)算機(jī)硬、軟件的更新而用時(shí)升級(jí)。因而，matlab語言是數(shù)值計(jì)算用得最頻繁的電子信息類學(xué)科工具。它大大提高了課程教學(xué)、解題作業(yè)、分析研究的效率。 3.2 matlab的歷史 在1980年前后，美國(guó)的cleve moler博士在new mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用其他高級(jí)語言編程極為不便，便構(gòu)思并開發(fā)了matlab（matrix laboratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室），它是集命令翻譯、科學(xué)計(jì)算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)，經(jīng)過在該大學(xué)進(jìn)行了幾次的試用之后，于1984年推出了該軟件的正式版本。它是以著名的線性代數(shù)軟件包linpack和特征計(jì)算軟件包eisp

20、ack中的子程序?yàn)榛A(chǔ)發(fā)展而成的一種開放型程序設(shè)計(jì)語言，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個(gè)維數(shù)不加限制的矩陣，這就允許用戶可以根據(jù)數(shù)值計(jì)算問題的復(fù)雜程序，對(duì)問題進(jìn)行分段甚至逐句編程處理，顯然這與c、fortran等傳統(tǒng)高級(jí)語言完全不同。在matlab下，矩陣的運(yùn)算變得異常的容易，后來的版本中又增添了豐富多彩的圖形圖像處理及多媒體功能，使得matlab的應(yīng)用范圍越來越廣泛，moler博士等一批數(shù)學(xué)家與軟件專家組建了名為mathworks的軟件開發(fā)公司，專門擴(kuò)展并改進(jìn)matlab。 為了準(zhǔn)確地把一個(gè)控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計(jì)算機(jī)，然后對(duì)之進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真，1990年mathworks軟件公司為matla

21、b提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并定名為simulab，該工具很快在控制界得致函廣泛的使用。但因其名字與著名的軟件simula類似，所以在1992年正式改名為simulink。此軟件有兩個(gè)明顯的功能：仿真與連接，亦即可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上畫出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用該軟件提供的功能來對(duì)系統(tǒng)直接進(jìn)行仿真。很明顯，這種做法使得一個(gè)很復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易。simulink的出現(xiàn)，更使得matlab的控制系統(tǒng)的仿真與其在cad中的應(yīng)用打開了嶄新的局面。 3.3 matlab語言的特點(diǎn) matlab語言有以下特點(diǎn)。 (1) 起點(diǎn)高 每個(gè)變量代表一個(gè)矩陣，以矩陣運(yùn)算見長(zhǎng)。當(dāng)前的科學(xué)

22、計(jì)算中，幾乎無處不用矩陣運(yùn)算，這使它的優(yōu)勢(shì)得到了充分的體現(xiàn)。 (2) 人機(jī)界面適合科技人員 matlab的語言規(guī)則與筆算式相似。matlab的程序與科技人員的書寫習(xí)慣相近，因此，易寫易讀，易于在科技人員之間交流。矩陣的行列數(shù)無需定義。matlab不必有階數(shù)定義，輸入數(shù)據(jù)的行列數(shù)就決定了它的階數(shù)。鍵入算式立即得到結(jié)果，無需編譯。matlab是以解釋方式工作的，即它對(duì)每條語句解釋后立即執(zhí)行，若有錯(cuò)誤也立即做出反應(yīng)，便于編程者立即改正。這些都大大減輕了編程和調(diào)試的工作量。 (3) 強(qiáng)大而簡(jiǎn)易的做圖功能 能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)確定坐標(biāo)繪圖，能規(guī)定多種坐標(biāo)系，（極坐標(biāo)系、對(duì)數(shù)坐標(biāo)系等），能繪制三維坐標(biāo)中的曲

23、線和曲面，可設(shè)置不同顏色、線型、視角等。如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需一條命令即可出圖。 (4) 智能化程度高 繪圖時(shí)自動(dòng)選擇坐標(biāo)，大大方便了用戶；做數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選擇步長(zhǎng)；自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤的能力強(qiáng)，易于調(diào)試。 (5) 功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng) matlab軟件包括基本部分和專業(yè)擴(kuò)展兩大部分。 基本部分包括矩陣的運(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程的求解、數(shù)據(jù)處理和傅立葉變換及數(shù)值積分等等?？梢猿浞譂M足大學(xué)理工科學(xué)生的計(jì)算需要。 擴(kuò)展部分稱為工具箱。它實(shí)際上是用matlab的基本語句編成的各種子程序集，用于解決某一方面的專門問題，或?qū)崿F(xiàn)某一類的新算法。現(xiàn)在已經(jīng)有控制系統(tǒng)、信號(hào)處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)

24、、模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及小波分析等工具箱，并且向公式推導(dǎo)、系統(tǒng)仿真和實(shí)時(shí)運(yùn)行等領(lǐng)域發(fā)展。 matlab的核心內(nèi)容在于它的基本部分，所有的工具箱子程序都是用它的基本語句編寫的。 3.4 matlab仿真 通過利用所學(xué)的理論知識(shí)，建立一個(gè)完整、準(zhǔn)確的需求說明，清楚、準(zhǔn)確地提出仿真試驗(yàn)所要解決的問題。 對(duì)所提出的仿真系統(tǒng)給出詳細(xì)定義，明確系統(tǒng)中的模塊、系統(tǒng)構(gòu)成、模塊之間的相互關(guān)系，系統(tǒng)的輸入輸出、邊界條件以及系統(tǒng)的約束條件，并明確仿真所要達(dá)到的目標(biāo)。 根據(jù)仿真系統(tǒng)分析的結(jié)果，確定系統(tǒng)中的參數(shù)、變量及其互之間的關(guān)系，并以數(shù)學(xué)形式將這些關(guān)系描述出來，從而構(gòu)成仿真系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模是系統(tǒng)仿真中最關(guān)鍵

25、的一步，所建立的數(shù)學(xué)模型必須盡可能準(zhǔn)確地反映所關(guān)心的真實(shí)系統(tǒng)的特性，而又不能過于復(fù)雜，以免降低模型的效率，增加不必要的計(jì)算過程，即建模需要根據(jù)求解問題的要求，在模型的近似程度與復(fù)雜程度之間折中。電子與通信系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通常以方框圖形式或數(shù)學(xué)方程形式來表達(dá)。 根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型所需要的數(shù)據(jù)元素，收集與模型系統(tǒng)有關(guān)的數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型，收集數(shù)據(jù)，確定其中各子模塊的結(jié)構(gòu)，輸入輸出接口，輸入輸出的數(shù)據(jù)表達(dá)形式，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式等。然后編制相應(yīng)的程序流程，用matlab語言實(shí)現(xiàn)。 仿真模型驗(yàn)證的目的是確定計(jì)算機(jī)仿真模型是否準(zhǔn)確表達(dá)了數(shù)學(xué)模型。仿真模型驗(yàn)證通常的方法是將數(shù)學(xué)模型的解析

26、結(jié)果（或理論結(jié)果）與仿真所得到的數(shù)值結(jié)果相比較來完成的；或通過已知的系統(tǒng)輸入輸出結(jié)果，對(duì)比在相同條件下的系統(tǒng)仿真結(jié)果來驗(yàn)證仿真模型的正確性。 根據(jù)仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案，讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算，并在執(zhí)行計(jì)算的過程中了解仿真模型對(duì)于各種不同輸入信號(hào)以及不同參數(shù)和仿真機(jī)制下的輸出，得出試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而預(yù)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中的運(yùn)行情況。 對(duì)仿真模型的運(yùn)行階段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其目的是從運(yùn)行階段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)中找出系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)律，對(duì)仿真系統(tǒng)的性能做出評(píng)價(jià)，為系統(tǒng)方案的最終決策提供輔助支持。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)仿真數(shù)據(jù)的可靠性、一致性、置信度等做出判定，最終將仿真結(jié)果以曲線、圖表和文字等形式形成論文。 4 超寬帶無

27、線的調(diào)制技術(shù) 發(fā)射超寬帶（uwb）信號(hào)最常用和最傳統(tǒng)的方法是發(fā)射時(shí)域上很短的脈沖。這種傳輸技術(shù)稱為“沖激無線電”（impulse radio,簡(jiǎn)寫為ir）。信息數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制方式可以有多種。脈沖位置調(diào)制（ppm）和脈沖幅度調(diào)制（pam）是最常用的兩種調(diào)制方式。除了要對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制外，為了形成所產(chǎn)生的信號(hào)的頻譜，還要用偽隨機(jī)碼或偽隨機(jī)噪聲（pn）對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼。一般是，編碼后的數(shù)據(jù)符號(hào)引起脈沖在時(shí)間軸上的偏移，這就是所謂的跳時(shí)超寬帶（th-uwb，time-hopping uwb）。直接序列擴(kuò)譜（ds-ss）就是編碼后的數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)基本脈沖的幅度進(jìn)行調(diào)制，這在沖激無線電（ir）

28、中被稱為直接序列超寬帶（ds-uwb，direct-sequence uwb），這種調(diào)制方式似乎非常有吸引力1。 對(duì)于超寬帶信號(hào)，也可以通過很高的數(shù)據(jù)速率來產(chǎn)生而根本不需要具備脈沖的特性。只要uwb定義所要求的相對(duì)帶寬或最小帶寬在整個(gè)傳輸過程中得到滿足，那么，靠發(fā)射高速率數(shù)據(jù)而不是窄脈沖所產(chǎn)生的具有uwb射頻帶寬的系統(tǒng)，就不應(yīng)該被排除在uwb系統(tǒng)之外。諸如正交頻分復(fù)用（ofdm），在數(shù)據(jù)速率適當(dāng)?shù)那闆r下也可產(chǎn)生uwb信號(hào)。因此，ofdm也是一種超寬帶的調(diào)制方式。 本文主要討論th-uwb、ds-uwb和ofdm調(diào)制方式。 4.1 ppm-th-uwb 調(diào)制方式 4.1.1 跳時(shí)超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生

29、 在結(jié)合了二進(jìn)制ppm的th-uwb(二進(jìn)制ppm-th-uwb或者ppm-th-uwb)中,uwb信號(hào)的產(chǎn)生可以系統(tǒng)地描述如下(參見圖4-1描繪的發(fā)射鏈路) 1。 shape * mergeformat 圖4-1 ppm-th-uwb信號(hào)的發(fā)射方案 給定待發(fā)射的二進(jìn)制序列b=(,b0,b1,bk,bk+1,)，其速率rb=1/tb (b/s)，圖4-1中的第一個(gè)模塊使每個(gè)比特重復(fù)ns次，產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制序列： (,b0,b0,b0,b1,b1,b1,bk,bk,bk,bk+1,bk+1,bk+1,)= (.,a0,a1,aj,aj+1,)=a 新的比特速率rcb=ns/tb=1/ts (b/s

30、)。這個(gè)模塊引入了冗余，其實(shí)是一種被稱為重復(fù)碼的(ns,1)分組編碼器。一般術(shù)語上稱為信道編碼。 第二個(gè)模塊是傳輸編碼器，就是應(yīng)用整數(shù)值碼序列c=(,c0,c1,cj,cj+1,)和二進(jìn)制序列a=(,a0,a1,aj,aj+1,),產(chǎn)生一個(gè)新序列d，序列d的一般元素表達(dá)式如下： dj=cjtc+aj （4-1） 式中,tc和 是常量，對(duì)所有的cj滿足條件cjtc+ ts，通常 tc。 這里的d是一個(gè)實(shí)數(shù)值序列，而a是二進(jìn)制序列，c是整數(shù)值序列.現(xiàn)在我們遵循最常用的方法，假定c是企業(yè)界隨機(jī)碼序列，它的元素cj是整數(shù)，且滿足 0 cj nh-1。 碼序列c可能為周期序列，其周期表示為np。兩種特殊

31、情況值得討論。第一種,碼是非周期的，即 ；第二種是np=ns，這是最常用的一種，這時(shí)的編碼周期與二進(jìn)制碼重復(fù)的次數(shù)相等。我們必須牢記：傳輸編碼扮演了碼分多址編碼和發(fā)射信號(hào)的頻譜形成雙重角色1。 實(shí)數(shù)值序列d輸入到第三個(gè)模塊，即ppm調(diào)制模塊，產(chǎn)生了一個(gè)速率為rp=ns/tb=1/ts(脈沖/s)的單位脈沖(dirac pulses ) 序列。這些脈沖在時(shí)間軸上的位置為 ，因此脈沖位置在jts基礎(chǔ)上偏移了dj，脈沖的發(fā)生時(shí)間也可表示為( )。注意是碼序列對(duì)c信號(hào)引入了th位移，也正因?yàn)榇?，c被稱為th碼。還要注意一點(diǎn)就是由ppm調(diào)制引起的位移 ，通常比th碼引起的位移cjtc小得多，即： ，cj

32、=0除外。tc稱為碼片時(shí)間(chip time)。 最后一個(gè)模塊是脈沖形成濾波器，其沖激響應(yīng)為。必須保證脈沖形成濾波器輸出的脈沖序列不能有任何的重疊。 以上所有系統(tǒng)級(jí)聯(lián)以后的輸出信號(hào) 可表示如下： (4-2) 比特間隔或比特持續(xù)時(shí)間，也即用于傳輸一個(gè)比特的時(shí)間tb，可表示為：tb=nsts。在式(4-2)中，cjtc定義了脈沖的隨機(jī)性或者說是相對(duì)于ts整數(shù)倍時(shí)刻的抖動(dòng)。如果用隨機(jī)th抖動(dòng) 來表示由th編碼cjtc引起的時(shí)間上的位移，并假定 在0和 之間分布，則可得到： (4-3) 正如前面提到的， 通常遠(yuǎn)大于 。這兩個(gè)量的整體效果是產(chǎn)生一個(gè)分布在0和 之間的時(shí)間隨機(jī)位移量，用 表示這個(gè)時(shí)間隨機(jī)

33、位移，可得發(fā)射信號(hào)的如下表達(dá)式： (4-4) 更一般性地概括式(4-2)所表示的信號(hào)，其思想是：對(duì)于信息比特“0”和“1”，可以發(fā)射兩個(gè)不同的脈沖波形 和 來分別表示。上面分析的ppm調(diào)制的例子，引入了 這個(gè)時(shí)間位移量，它的值根據(jù)它所代表的比特而有所不同，其實(shí)是上述思想的特殊例子，其中的 是 位移以后的波形。一種更一般的表達(dá)式： (4-5) 當(dāng)將 設(shè)置為- 時(shí)，式(4-5)也表示了pam和th-uwb的結(jié)合，即pam-th-uwb模型1。 4.1.2 ppm-th-uwb的發(fā)射鏈路 系統(tǒng)模型如圖4-2所示 shape * mergeformat 圖4-2 ppm-th-uwb 發(fā)射器的系統(tǒng)模型

34、 圖4-2中的第一個(gè)模塊表示二進(jìn)制源。這個(gè)模塊的輸出是發(fā)射到物理信道的二進(jìn)制流。第二個(gè)模塊表示重復(fù)碼編碼器。二進(jìn)制流的每一個(gè)比特都被重復(fù)次。第三個(gè)模塊仿真th編碼和二進(jìn)ppm。這里考慮偽隨機(jī)th碼。最后一個(gè)模塊是脈沖形成。這個(gè)模塊的沖激響應(yīng)表示要發(fā)射的uwb信號(hào)的基本脈沖波形1。 4.1.3 ppm-th-uwb 仿真結(jié)果及其分析 圖（4-3）顯示了參數(shù)設(shè)置如下時(shí)所產(chǎn)生的uwb信號(hào) 以dbm為單位的平均發(fā)射功率pow， 信號(hào)的抽樣頻率fc， 由二進(jìn)制源產(chǎn)生的比特?cái)?shù)numbits， 平均脈沖重復(fù)時(shí)間ts（單位為秒），每個(gè)比特映射的脈沖數(shù)ns， 碼片時(shí)間tc（秒）， 跳時(shí)碼的碼元最大值nh和周期n

35、p，沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間tm, 脈沖波形形成因子tau（秒）， ppm時(shí)移dppm（秒）。 stx: pow=-30, fc=50e9, numbits =2, ts=3e-9, ns=5, tc=1e-9, nh=3, np=5, tm=0.5e-9, tau=0.25e-9, dppm=0.5e-9 由圖4-3中可以看到輸出序列的前五個(gè)脈沖在其對(duì)應(yīng)時(shí)隙的中間位置，而后五個(gè)脈沖則在其對(duì)應(yīng)時(shí)隙的起始位置。 圖4-3 ppm-th-uwb 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào) 圖4-4 ppm-th-uwb的幅度譜 由圖4-4可以看出，th編碼和ppm調(diào)制都對(duì)幅度譜的高斯形狀產(chǎn)生扭曲。ppm-th-uwb信號(hào)的幅度譜將

36、完全包含在無th編碼和無ppm調(diào)制的幅度譜包絡(luò)中，這是因?yàn)橐酝瑯拥男螤詈屯瑯拥钠骄β蕚鬏數(shù)乳g隔脈沖的結(jié)果。 4.2 pam-ds-uwb調(diào)制方式 4.2.1 直接序列超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生 直接序列擴(kuò)譜（ds-ss）是一種著名的數(shù)字調(diào)制方式。這里，我們先回顧ds-ss的基本原理，并把主要精力放在它在uwb的延伸方面。 具有uwb特性的信號(hào)可以通過下面的過程產(chǎn)生：首先，用偽隨機(jī)碼或二進(jìn)制pn碼序列對(duì)要發(fā)射的二進(jìn)制進(jìn)行編碼；其次，對(duì)一串窄脈沖進(jìn)行幅度調(diào)制。這一過程可以看做是目前使用ds-ss系統(tǒng)的一種極端方式，此時(shí)脈沖在時(shí)域上是具有典型時(shí)間的奈奎斯特型脈沖或方波。讓脈沖寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于切普間隔，很容易得到

37、ds-ss-uwb的解析表達(dá)式。在傳統(tǒng)的ds-ss系統(tǒng)中，rf發(fā)射信號(hào)是對(duì)載波進(jìn)行幅度調(diào)制后得到的，通常使用二進(jìn)制相移鍵控bpsk方式。而在ds-uwb中，如果沒有專門的要求，這一過程可省略。1 更詳細(xì)地，上述信號(hào)可以通過如下過程產(chǎn)生（見圖所示發(fā)射鏈路）。 shape * mergeformat 圖4-5 pam-ds-uwb 信號(hào)的發(fā)射方案 假定待發(fā)射的二進(jìn)制序列b=(,b0,b1,bk,bk+1,)，其速率為rb=1/tb (b/s)，圖4-5中的第一個(gè)系統(tǒng)將每個(gè)比特重復(fù)ns次，得到序列：(,b0,b0,b0,b1,b1,b1,bk,bk,bk,bk+1,bk+1,bk+1,)=a*，其速

38、率為rcb=ns/tb=1/ts (b/s)。與th方式相似，系統(tǒng)引入的冗余相當(dāng)于一個(gè)參數(shù)為(ns,1)的重復(fù)碼編碼器。 第二個(gè)系統(tǒng)將a*序列轉(zhuǎn)換成只含有正值和負(fù)值元素的序列a=(,a0,a1,aj,aj+1,)，轉(zhuǎn)換公式為：( ). 發(fā)射編碼器將一個(gè)由 1組成、周期為np的二進(jìn)制碼序列c=(,c0,c1,cj,cj+1,)應(yīng)用到序列a=(,a0,a1,aj,aj+1,)，產(chǎn)生一個(gè)新序列d=ac，其組成元素dj=ajcj。通常假定np等于ns，更具一般性的假定是np等于ns的整數(shù)倍。注意，序列d的元素值為 1，這一點(diǎn)與序列a相同，其速率為rc=ns/tb=1/ts (b/s)。 序列d進(jìn)入第三

39、個(gè)系統(tǒng)pam調(diào)制器，產(chǎn)生一個(gè)速率為rp=ns/tb=1/ts （脈沖/s）的單位脈沖（dirac脈沖 ）序列，其位置在jts處6。 調(diào)制器輸出的信號(hào)進(jìn)入沖洲響應(yīng)為p(t)的脈沖形成濾波器。在傳統(tǒng)的ds-ss系統(tǒng)中，沖激響應(yīng)p(t)是持續(xù)時(shí)間為ts的矩形脈沖。而在ds-uwb系統(tǒng)中，與th方式相似，p(t)是持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于ts的脈沖。 以上系統(tǒng)級(jí)聯(lián)后的輸出信號(hào)可以表示為 (4-6) 注意，與th方式相似，比特間隔或比特持續(xù)時(shí)間，即傳輸一個(gè)比特所用的時(shí)間是tb=nsts。 輸出的波形顯然是一個(gè)pam波形。很容易知道，由于沒有時(shí)移而且脈沖以規(guī)則的時(shí)間間隔出現(xiàn)，計(jì)算式(4-6)所示信號(hào)的psd要比計(jì)算

40、式(4-2)所示信號(hào)的psd更容易。 上述方式的一種變形是使用ppm調(diào)制器代替pam調(diào)制器，得到的信號(hào)可表示為： (4-7) 注意到在式(4-7)中，由于碼的偽隨機(jī)特性，編碼會(huì)起到白化頻譜的作用。 4.2.2 pam-ds-uwb 發(fā)射鏈路 其系統(tǒng)模型如圖4-6所示. shape * mergeformat 圖4-6 pam-ds-uwb 發(fā)射機(jī)系統(tǒng)模型 圖4-6中的前兩個(gè)模塊分別表示二進(jìn)制源和重復(fù)碼編碼器。第三個(gè)模塊是在重復(fù)碼編碼器的輸出端實(shí)現(xiàn)ds編碼和二進(jìn)制pam調(diào)制。我們考慮偽隨機(jī)ds碼，分配給一般用戶的是長(zhǎng)度為np的二進(jìn)制碼序列。最后一個(gè)模塊是脈沖形成器1。 4.2.3 pam-ds-

41、uwb 仿真結(jié)果及其分析 圖4- 7 由pam-ds-uwb發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào) 圖（4-7）顯示了參數(shù)設(shè)置如下時(shí)所產(chǎn)生的uwb信號(hào) 以dbm為單位的平均發(fā)射功率pow， 信號(hào)的抽樣頻率fc， 由二進(jìn)制源產(chǎn)生的比特?cái)?shù)numbits， 平均脈沖重復(fù)時(shí)間ts（單位為秒），每個(gè)比特映射的脈沖數(shù)ns， 碼片時(shí)間tc（秒）， 跳時(shí)碼的碼元最大值nh和周期np，沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間tm, 脈沖波形形成因子tau（秒）， ppm時(shí)移dppm（秒）。 stx: pow=-30, fc=50e9, numbits =2, ts=2e-9, ns=10, np=10, tm=0.5e-9, tau=0.25e-9, 這個(gè)

42、信號(hào)由兩組脈沖序列組成，每組包含10個(gè)脈沖，每組映射信息源的一個(gè)比特。從圖4-7中可以看出每二組的10個(gè)脈沖與第一組的10個(gè)脈沖在極性上是相反的。 圖4-8 pam-ds-uwb的幅度譜 由圖4-8可以看出，幅度譜的包絡(luò)具有基本脈沖的傅氏變換的形狀，即高斯形狀。且np（信號(hào)每比特發(fā)射脈沖數(shù)）值越大，圖形分布越寬，即幅度峰值越小。 4.3 ofdm調(diào)制技術(shù) 431 概述 多頻帶（mb）方式與本章前兩節(jié)分析研究的ir原理不同。根據(jù)2002年，fcc公布的uwb定義，帶寬超過500mhz的信號(hào)都是uwb信號(hào)。因此，按照fcc規(guī)定的頻帶范圍3.110.6ghz，將此7.5 ghz的帶寬分割成最小帶寬為

43、500mhz的若干個(gè)頻帶。為了盡量減小同窄帶通信系統(tǒng)的相互干擾，uwb采用較小的功率，于是uwb信號(hào)對(duì)于窄帶通信系統(tǒng)來說相當(dāng)于熱噪聲，并不被窄帶通信系統(tǒng)的接收機(jī)檢測(cè)到，也可以避免特定頻帶上的非人為干擾1。 在每個(gè)子頻帶內(nèi)可以使用不同的數(shù)據(jù)調(diào)制類型，并不一定要用ir方式，正確的頻譜帶寬可以通過合適的比特速率實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用最廣泛的是眾所周知的正交頻分復(fù)用（ofdm）。 432 多頻段ofdm-uwb信號(hào)產(chǎn)生 一個(gè)已調(diào)的ofdm信號(hào)由調(diào)制在不同載波頻率 上的同個(gè)并行發(fā)射的信號(hào)組成。這些載波等間隔地位于頻域上，其間隔為 。ofdm調(diào)制器輸入的二進(jìn)制序列每k比特編為一組，以產(chǎn)生具有n個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊 ，這里假

44、定 是l個(gè)可能的取值中的一個(gè)，k=n1bl。最后，每個(gè)符號(hào)調(diào)制一個(gè)不同的載波。為了并行傳輸數(shù)據(jù)塊的n個(gè)符號(hào)，不同的調(diào)制載波信號(hào)在頻率上必須正交8。 所有調(diào)制器使用相同的矩形波，其持續(xù)時(shí)間為t： （4-8） 如果符號(hào) 在星座圖中的點(diǎn)用 表示，ofdm信號(hào)中有n個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊的表達(dá)式如下1： （4-9） 而相應(yīng)的復(fù)包絡(luò)是 （4-10） 其中 ，s（t）是周期為t0的周期函數(shù)。 式（4-9）中ofdm信號(hào)的數(shù)字變換相當(dāng)于傳輸式（4-10）中復(fù)數(shù)包絡(luò)的抽樣值，也就是說傳輸序列可表示如下： （4-11） tc是抽樣周期。 仿真ofdm調(diào)制信號(hào)，考慮的是ofdm各個(gè)載波使用qpsk調(diào)制的情況。仿真整個(gè)發(fā)射

45、鏈路，產(chǎn)生式（4-9）的信號(hào)。 433 ofdm仿真結(jié)果及其分析 要發(fā)射的總比特?cái)?shù)numbits； 調(diào)制信號(hào)的中心頻率fp； 抽樣頻率fc； 每個(gè)符號(hào)在其相應(yīng)載波上的傳輸時(shí)間t0； 循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間tp；保護(hù)間隔時(shí)間tg， 矩形脈沖響應(yīng)的幅度為a， ofdm系統(tǒng)的子載波數(shù)n。 (1) numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; t0=242.4e-9; tp=60.6e-9; tg=70.1e-9; a=1; n=4; 圖4-9 ofdm-uwb信號(hào) 圖4-10 ofdm-uwb幅度譜 圖4-10中的幅度譜由子載波的幅度譜疊加而成。 (2)numbits=8； fp=1e9; f

46、c=50e9; t0=242.4e-9; tp=0; tg=50e-9; a=1; n=2; 圖4-11 ofdm-uwb信號(hào)圖 圖4-11 ofdm-uwb信號(hào)幅度譜 對(duì)比以上兩圖，可以看出，在同樣的時(shí)間里為了傳輸更多的符號(hào)，是以增加帶寬為代價(jià)的，也就是增加子載波的數(shù)量。 4.4 總結(jié) 通過一系列的仿真,我們可以得出以下結(jié)論:pam、ppm兩種調(diào)制方法主要是為了進(jìn)行信息數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)脈沖的調(diào)制，而信號(hào)中的偽隨機(jī)th碼和ds碼主要是為了產(chǎn)生信號(hào)的頻譜，使信號(hào)的功率譜密度在采用偽隨機(jī)碼調(diào)制后變得更加平滑，不能干擾到其它已經(jīng)存在的窄帶系統(tǒng)9。 ofdm具有良好的抗多徑干擾性能，通過頻率的合理選擇，能夠

47、同現(xiàn)存的窄帶系統(tǒng)和開放頻段的通信系統(tǒng)具有很好的共存性，同傳統(tǒng)的超寬帶系統(tǒng)相比有很大的優(yōu)勢(shì)11。 5 性能分析及應(yīng)用前景 5.1 脈位調(diào)制(ppm)和脈幅調(diào)制(pam) 脈位調(diào)制(ppm)是一種利用脈沖位置承載數(shù)據(jù)信息的調(diào)制方式。按照采用的離散數(shù)據(jù)符號(hào)的狀態(tài)數(shù)可以分為二進(jìn)制ppm(2ppm)和多進(jìn)制(mppm)。在這種調(diào)制方式中，一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)脈沖可能出現(xiàn)的位置有2個(gè)或m個(gè)，脈沖位置與符號(hào)狀態(tài)一一對(duì)應(yīng)。根據(jù)相鄰脈位之間距離與脈沖寬度之間關(guān)系，又可分為部分重疊的ppm和正交ppm（oppm）。在部分重疊的ppm中，為保證系統(tǒng)傳輸可靠性，通常選擇相鄰脈位互為脈沖自相關(guān)函數(shù)的負(fù)峰值點(diǎn)，從而使相鄰符

48、號(hào)的歐氏距離最大化。在oppm中，通常以脈沖寬度為間隔確定脈沖位置。接收機(jī)利用相關(guān)器在相應(yīng)位置進(jìn)行相干檢測(cè)。鑒于uwb系統(tǒng)的復(fù)雜度和功率限制，實(shí)際應(yīng)用中，常用的調(diào)制方式為2ppm或2oppm3。 ppm的優(yōu)點(diǎn)在于：它僅需要根據(jù)數(shù)據(jù)符號(hào)控制脈沖位置，不需要進(jìn)行脈沖幅度和極性的控制，便于以較低的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)。因此，ppm是uwb系統(tǒng)廣泛采用的調(diào)制方式。但是，由于ppm信號(hào)為單極性，其輻射譜中往往存在幅度較高的離散譜線。對(duì)此超寬帶信號(hào)的幅度譜仿真也證明了這一點(diǎn)。如果不對(duì)這些譜線進(jìn)行抑制，將很難滿足fcc對(duì)輻射譜的要求10。 脈幅調(diào)制（pam）是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最為常用的調(diào)制方式之一。在uwb系統(tǒng)

49、中，考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和功率有效性，不宜采用多進(jìn)制pam（mpam）。uwb系統(tǒng)常用的pam有兩種方式：開關(guān)鍵控（ook）和二進(jìn)制相移鍵控（bpsk）。前者可以采用非相干檢測(cè)降低接收機(jī)復(fù)雜度，而后者采用相干檢測(cè)可以更好地保證傳輸可靠性3。 當(dāng)發(fā)射能量相同時(shí)，使用二進(jìn)制pam調(diào)制的信號(hào)可以比使用二進(jìn)制ppm調(diào)制的信號(hào)獲得更好的性能。 5.2 ofdm調(diào)制 ofdm有很多優(yōu)點(diǎn)：能夠提供較大的系統(tǒng)容量，具有較強(qiáng)的抗多徑干擾、抗頻率選擇性衰落和頻率擴(kuò)散能力，適應(yīng)多徑和移動(dòng)信道傳播條件，能夠適應(yīng)不同設(shè)計(jì)需求，靈活分配數(shù)據(jù)容量和功率，可提供靈活的高速和變速綜合數(shù)據(jù)傳輸可以實(shí)現(xiàn)較高的安全傳輸性能，允許數(shù)據(jù)在復(fù)數(shù)的高速的射頻上被編碼。由于ofdm技術(shù)的良好性能使得它在無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用12。 ofdm技術(shù)是將頻道資源分成若干個(gè)子信道，每個(gè)子信帶再采用一定的調(diào)制技術(shù)，提高頻率利用率。ofdm可與ppm、pam等結(jié)合使用，將會(huì)有性能更好的調(diào)制技術(shù)出現(xiàn)。 5.3 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、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，尤其是在超寬帶無線產(chǎn)生領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，使超寬帶通信成為無線網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分成為可能