【正文】 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 THPPM、 THPAM的基本原理，并且對比調(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)致的研究超寬帶無線通信中的調(diào)制技術(shù)。 脈沖信號從本質(zhì)上講 ,產(chǎn)生脈沖寬度為納秒級的信號源是 UWB 技術(shù)的前提條件。這些尖峰將會(huì)對信號構(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]。 [8]采用脈沖幅度調(diào)制 (PAM)的超寬帶信號波形如下：[4](24)其中 ,dj是信息序列 ,Tf 是脈沖重復(fù)周期。圖 22給出了上述四種調(diào)制方法的信號波形圖 ,對這四種調(diào)制方式給出了一個(gè)比較直觀的描述。 (3)多徑分辨能力強(qiáng)。與 GPS提供絕對地理位置不同 ,超短脈沖定位器可以給出相對位置 ,其定位精度可達(dá)厘米級。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]。圖 4中虛線內(nèi)的部分是相關(guān)器。 [來源：論文 ][1][2][3][4][5][6][7][8][9]表 1幾種短距離無線通信比較 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 MATLAB 軟件工具介紹 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，輸入簡捷，運(yùn)算高效且內(nèi)容豐富， 很容易由用戶自行擴(kuò)展。 MATLAB 的歷史在 1980 年前后，美國的 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。 MATLAB 語言的特點(diǎn) MATLAB 語言有以下特點(diǎn)。 MATLAB 是以解釋方式工作的，即 它對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。擴(kuò)展部分稱為工具箱。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)。對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，對仿真數(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。對于超寬帶信號，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。一般術(shù)語上稱為信道編碼。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 ()。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： (43)正如前面提到的，通常遠(yuǎn)大于。第三個(gè)模塊仿真 TH編碼和二進(jìn) PPM。 [來源：論文 ][1][2][3][4][5][6][7][8][9] PAMDSUWB 調(diào)制方式 直接序列超寬帶信號的產(chǎn)生直接序列擴(kuò)譜 (DSSS)是一種著名的數(shù)字調(diào)制方式。 SHAPE\*MERGEFORMAT 圖 45 PAMDSUWB 信號的發(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 45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*，其速率為 Rcb=Ns/Tb=1/Ts(b/s)。在傳統(tǒng)的 DSSS 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。我們考慮偽隨機(jī) DS 碼，分配給一般用戶的是長度為 NP 的二進(jìn)制碼序列。根據(jù) 2021 年， FCC公布的 UWB 定義，帶寬超過 500MHz 的信號都是 UWB 信號。最后，每個(gè)符號調(diào)制一個(gè)不同的載波。 (2)numbits=8； fp=1e9； fc=50e9； T0=； TP=0； TG=50e9； A=1； N=2；圖 411 OFDMUWB 信號圖圖 411 OFDMUWB 信號幅度譜對比以上兩圖，可以看出，在同樣的時(shí)間里為了傳輸更多的符號，是以增加帶寬為代價(jià)的，也就是增加子載波的數(shù)量。在 OPPM中，通常以脈沖寬度為間隔確定脈沖位置。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。 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)。因而可以廣泛用于傳感器網(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。本論文是以采用 基帶脈沖傳輸技術(shù)的經(jīng)典超寬帶無線電通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究的。 。接著將仿真的基本工具 MATLAB 的使用說明簡單介紹。超寬帶信號具有很低的輻射功率，而這樣的輻射功率分布在某些方面 GHz的頻率范圍內(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載體并采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收端必須已知發(fā)射端擴(kuò)頻碼的條件下才能解調(diào)出發(fā)射數(shù)據(jù)來，加上它對多徑干擾具有很好的魯棒特性，非常適合在軍事保密通信的應(yīng)用。近年來，人們對超寬帶技術(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。 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)。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2OPPM[3]。 OFDM具有良好的抗多徑干擾性能，通過頻率的合理選擇，能夠同現(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 [11]。所有調(diào)制器使用相同的矩形波，其持續(xù)時(shí)間為 T： (48)如果符號在星座圖中的點(diǎn)用表示， OFDM信號中有 N個(gè)符號的數(shù)據(jù)塊的表達(dá)式如下 [1]： (49)而相應(yīng)的復(fù)包絡(luò)是 (410)其中， S(t)是周期為 T0的周期函數(shù)。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信號對于窄帶通信系統(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)檢測到，也可以避免特定頻帶上的非人為干擾 [1]。 PAMDSUWB 仿真結(jié)果及其分析圖 47 由 PAMDSUWB 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號圖 (47)顯示了參數(shù)設(shè)置如下時(shí)所產(chǎn)生的 UWB 信號以 dBm 為單位的平均發(fā)射功率Pow，信號的抽樣頻率 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 )。以上系統(tǒng)級聯(lián)后的輸出信號可以表示為 (46)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。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=a具有 UWB特性的信號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 碼序列對要發(fā)射的二進(jìn)制進(jìn)行編碼；其次，對一串窄脈沖進(jìn)行幅度調(diào)制。最后一個(gè)模塊是脈沖形成。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