【正文】 為了更好地了解超寬帶通信系統(tǒng)，本文先概括地介紹了超寬帶無線通信的基礎(chǔ)知識(shí)。 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。接收機(jī)利用相關(guān)器在相應(yīng) 位置進(jìn)行相干檢測。為了并行傳輸數(shù)據(jù)塊的 N 個(gè)符號，不同的調(diào)制載波信號在頻率上必須正交 [8]。最后一個(gè)模塊是脈沖形成器 [1]。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。這里考慮偽隨機(jī) TH碼。注意是碼序列對 c信號引入了TH位移，也正因?yàn)榇耍?c 被稱為 TH碼。只要 UWB 定義所要求的相對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。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)。這些都大大減輕了編程和調(diào)試的工作量。它是以著名的線性代數(shù)軟件包 LINPACK 和特征計(jì)算軟件包 EISPACK 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)高級語言完全不同。它由乘法器、積分器和取樣 /保持電路三部分組成 [5]。(6)抗干擾能力強(qiáng)。除了這些對脈沖的調(diào)制方法外 ,用偽隨機(jī)碼或偽隨機(jī)噪聲 (PN)對數(shù)據(jù)符號進(jìn)行編碼以得到所產(chǎn)生信號的頻譜時(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 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)對脈沖的調(diào)制方法可以有多種。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 ,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。因此，有多種方式產(chǎn)生超寬帶信號。由于作為激發(fā)源的激光脈沖信號可以有很陡的前沿 ,所以得到的脈沖寬度可達(dá)到皮秒 (1012)量級。對于這三種方式 ,在超寬帶的 PAM調(diào)制方式中多采用 BPSK方式。實(shí)驗(yàn)表明 ,對常規(guī)無線電信號多徑衰落深達(dá) 10~30dB 的多徑環(huán)境 ,UWB 信號的衰落最多不到 5dB。 UWB 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)組成框圖 UWB 發(fā)射機(jī)組成框圖 UWB發(fā)射機(jī)直接發(fā)送納秒級脈沖來傳輸數(shù)據(jù)而不需使用載波電路。 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，著重針對科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算和繪圖的需求。當(dāng)前的科學(xué)計(jì)算中，幾乎無處不用矩陣運(yùn)算，這使它的優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)。現(xiàn)在已經(jīng)有控制系統(tǒng)、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識(shí)、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。這種傳輸技術(shù)稱為 沖激無線電 (Impulse Radio,簡寫為 IR)。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 Nh1。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。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。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。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]。 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]。 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)。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。 。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。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。 (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。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。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。 [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。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。一般術(shù)語上稱為信道編碼。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。擴(kuò)展部分稱為工具箱。 MATLAB 語言的特點(diǎn) MATLAB 語言有以下特點(diǎn)。 [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(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 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。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]。 (3)多徑分辨能力強(qiáng)。 [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。 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。 2021 年 4 月，美國 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。 FCC(美國通信委員會(huì) )對超寬帶系統(tǒng)的最新定義是：相對帶寬 (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。通常 UWB 信號模型為： (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。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。 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)。圖 24 UWB 接收 機(jī)組成框圖 UWB 技