【正文】 轉(zhuǎn) 通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 通信工程畢業(yè)設(shè)計(jì)論文來(lái)源：織夢(mèng)內(nèi)容管理系統(tǒng) 1 引言超寬帶 (UWB,Ultra Wide Band)無(wú)線技術(shù)在無(wú)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(lái)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(wú)線通信開始得到美國(guó)軍方和政府部門的重視。 2021 年 4 月，美國(guó) FCC 通過(guò)了超寬帶技術(shù)的商用許可，超寬帶無(wú)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(méi)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(lái)實(shí)現(xiàn) [1]。超寬帶無(wú)線電是對(duì)基于正弦載波的常規(guī)無(wú)線電的一次突破。幾十年來(lái)，無(wú)線通信都是以正弦載波為信息載體，而超寬帶無(wú)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(guò) 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(wú)線通信調(diào)制方式以 THPPM、 THPAM 為主，本論文中，介紹超寬帶無(wú)線通信中的調(diào)制技術(shù)，主要討論 THPPM、 THPAM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(wú)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 總述近幾年來(lái) ,超寬帶短距離無(wú)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(wú)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 )(fHfL)/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(wú)線電系統(tǒng)比較 ,在花費(fèi)更小的制造成本的條件下 ,能夠做到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(100~500MbPs)、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) )。 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) %)的沖激脈沖。這種傳輸技術(shù)稱為 沖擊無(wú)線電 (IR).UWBIR 又被稱為基帶無(wú)載波無(wú)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)制技術(shù)就是超寬帶的兩大關(guān)鍵所在。 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：①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 (1012)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。②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)的方式 ,加快了雪崩過(guò)程 ,從而達(dá)到進(jìn)一步降低脈沖寬 度的目的 [7]。[來(lái)源：論文 ][1][2][3][4][5][6][7][8][9]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： (21)(22)單周期脈沖的寬度在納秒級(jí) (~),重復(fù)周期為 25~1000ns,具有很寬的頻譜 ,如圖 21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(guò)數(shù)據(jù)信息和偽隨機(jī)碼來(lái)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 21 單周期脈沖的時(shí)間域和頻率域的表示 UWB 的調(diào)制技術(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： (23)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 PAMUWB PAM 是一種通過(guò)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(lái)代表需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。任何形狀的脈沖都是通過(guò)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](24)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β 1；發(fā)送數(shù)據(jù)為 0,UWB 信號(hào)的幅度為β 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)。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 PPMUWB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(lái)表示某個(gè)特定信息的 [3]。二進(jìn)制 PPM是超寬帶無(wú)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(lái)說(shuō)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(lái)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： (25)其中 ,dj 取 0或 1,δ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)相應(yīng)滯后一個(gè)時(shí)延δ。圖 22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) (THUWB)、直擴(kuò)的超寬帶系統(tǒng) (DSUWB)、跳頻的超寬帶系統(tǒng) (FHUWB)和基帶多載波超寬帶系統(tǒng) (MCUWB)等 [9]。圖 22不同調(diào)制方式的信號(hào)波形 [4][來(lái)源：論文 ][1][2][3][4][5][6][7][8][9] 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(wú)法比擬的技術(shù)特點(diǎn) [4]：(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(lái)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(wú)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 Mbps~1Gbps。 (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 ,對(duì)常規(guī)無(wú)線電信號(hào)多徑衰落