【正文】 ,所以它只需要很低的電源功率。 UWB 的占空比一般為 ~,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)。沖激脈沖具有很高的定位精度 ,采用超寬帶無(wú)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)。 (4)隱 蔽性好。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。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。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。 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]。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。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。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。另外 ,由于光導(dǎo)開(kāi)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。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。 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。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。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]。 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(kāi)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(kāi)始受到普遍關(guān)注。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。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)。 [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) )。 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。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。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]。 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)。 [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。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。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。超 寬帶無(wú)線電系統(tǒng)用戶數(shù)量大大高于 3G系統(tǒng)。 (3)多徑分辨能力強(qiáng)。因?yàn)?UWB的頻譜非常寬 ,能量密度非常低 ,因此信息傳輸安全性高。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)。一般來(lái)說(shuō) ,UWB 抗干擾處理增益在 50dB 以上。一般 UWB系統(tǒng)只需要50~70mW 的電源 ,是藍(lán)牙技術(shù)的十分之一 [10]。 THUWB發(fā)射機(jī)組成框圖如圖 23所示 [5]。圖 4中虛線內(nèi)的部分是相關(guān)器?，F(xiàn)有的各種無(wú)線解決方案 (例如,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]。 [來(lái)源：論文 ][1][2][3][4][5][6][7][8][9]表 1幾種短距離無(wú)線通信比較 Bluetooth UWB 工作頻率 ~ ~ 傳輸速率 54Mbps 小于 1Mbps 大于 480Mbps 通信距離 10m~100m 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(wú)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(wú)線電視、 DVD,高速因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 3 MATLAB 軟件工具介紹 MATLAB 語(yǔ)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。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(lè)于接受。 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(yǔ)言編程極為不便，便構(gòu)思并開(kāi)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(guò)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。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。 MATLAB 語(yǔ)言的特點(diǎn) MATLAB 語(yǔ)言有以下特點(diǎn)。 MATLAB 的程序與科技人員的書(shū)寫(xiě)習(xí)慣相近，因此，易寫(xiě)易讀，易于在科技人員之間交流。 MATLAB 是以解釋方式工作的，即 它對(duì)每條語(yǔ)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。 (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。擴(kuò)展部分稱為工具箱。 MATLAB 仿真通過(guò)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(shuō)明，清楚、準(zhǔn)確地提出仿真試驗(yàn)所要解決的問(wèn)題。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(lái)表達(dá)。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。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。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。對(duì)于超寬帶信號(hào)，也可以通過(guò)很高的數(shù)據(jù)速率來(lái)產(chǎn)生而根本不需要具備脈沖的特性。本文主要討論 THUWB、 DSUWB 和 OFDM 調(diào)制方式。一般術(shù)語(yǔ)上稱為信道編碼。兩種特殊情況值得討論。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 ()。最后一個(gè)模塊是脈沖形成濾波器，其沖激響應(yīng)為。如果用隨機(jī) TH抖動(dòng)來(lái)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： (43)正如前面提到的，通常遠(yuǎn)大于。 PPMTHUWB 的發(fā)射鏈路系統(tǒng)模型如圖 42所示 SHAPE\*MERGEFORMAT 圖 42 PPMTHUWB 發(fā)射器的系統(tǒng)模型圖 42中的第一個(gè)模塊表示二進(jìn)制源。第三個(gè)模塊仿真 TH編碼和二進(jìn) PPM。 PPMTHUWB 仿真結(jié)果及其分析圖 (43)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