【正文】 由于 ETSI BRAN HiperLAN / 2 *標(biāo)準(zhǔn)（相當(dāng)于歐洲的）已添加原始數(shù)據(jù)的物理層速率高達(dá) 54Mbps 規(guī)格，應(yīng)用空間擴(kuò)大到包括音頻 /視頻這些數(shù)據(jù)應(yīng)用的更高速率。 ，使 超寬帶（ UWB）技術(shù)實(shí)用成為 最終的趨勢(shì) 。尤其是，如果無(wú)線是一個(gè)理想的媒介，可以用它來(lái)傳送 ， ， ， ， 。本質(zhì) 上 這些設(shè)備可以在任何特定地點(diǎn)頻譜的未使用的部分 中使用 。 24 星座圖 仿真分析 圖 信道估計(jì) /補(bǔ)償后的星座圖 如圖 經(jīng)過(guò) 信道估計(jì) /補(bǔ)償 模塊 后的星座圖成明顯的 X型，達(dá)到了 該模塊構(gòu)建的目的 。 17 二 階 高 斯 脈沖 產(chǎn) 生輸 出模 板 信 號(hào)積 分 圖 UWB 信號(hào)相關(guān)仿真圖 18 5 超寬帶（ UWB）無(wú) 線通信系統(tǒng) 的 simulink 建模 系統(tǒng)的 總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng) 的 構(gòu)建 基于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn) 中 的多頻帶正交頻率復(fù)用（ OFDM） UWB 提案。 超寬帶信道模塊設(shè)計(jì) 超寬帶信道傳播的主要特點(diǎn)是 :由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在多 14 條傳播路徑 ,發(fā)射信號(hào)傳播之后會(huì)產(chǎn)生多個(gè)經(jīng)過(guò)時(shí)延和衰落的信號(hào)。在第二步中，根據(jù)需要傳輸?shù)男畔⒈忍?，PAM 調(diào)制同時(shí)改變每組脈沖的幅度， PPM 調(diào)制同時(shí)調(diào)節(jié)每組脈沖的時(shí)間位置， BPM 同時(shí)改變脈沖的極性。 PAM 調(diào)制是通過(guò)改變脈沖幅度的大小來(lái)傳遞信息的 一 種脈沖調(diào)制技術(shù) ,PAM 調(diào)制既可以改變脈沖幅度的極性，也可以僅改變脈沖幅度的絕對(duì)值的大小。減小 a 的值將會(huì)使脈沖寬度壓縮，從而擴(kuò)展傳輸信號(hào)的帶寬。最常用的超寬帶信號(hào)是高斯單周期 (Monocycle)脈沖或者其各階微分波形。 超寬帶脈沖的產(chǎn)生 超寬帶窄脈沖的產(chǎn)生，通常要滿足下列條件 :脈沖寬度要窄，實(shí)現(xiàn)超寬帶沖激無(wú)線通信的脈沖寬度通常在 1ns 以下 。前 一 種方案利用的是直接序列碼分多址 (DSCDMA， Direct Sequence Code Division Multiple Access)技術(shù)，也叫 DSUWB。 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的研究歷史 及現(xiàn)狀 無(wú)線通信技術(shù)的歷史可以上溯到 一 百多年 前的波夫和馬可尼發(fā)明的無(wú)線電報(bào)地時(shí)代。最后使用 Simulink 軟件作為仿真工具，建立了 UWB 系統(tǒng)的發(fā)射、接收和信道模型，對(duì) CM1信道下的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)的性能進(jìn)行了仿真研究，并分析了仿真結(jié)果，該研究對(duì)設(shè)計(jì)高性能的超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)具有一定的積極意義。 第五階段：三稿完成，交于老師批閱并定稿。 學(xué)科分類號(hào) 0802 樹達(dá)學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 （ 中文） ： UWB超寬帶 通信系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)與 仿真 （英文） ： The Design and Simulation of UWB Communication Systems 姓 名 學(xué) 號(hào) 院 （系） 物理與信息科學(xué)學(xué)院 專業(yè)、年級(jí) 通信工程專業(yè) 2021級(jí) 指導(dǎo)教師 二 ○ 一 一 年 五 月 湖南師范大學(xué)樹達(dá)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議，除設(shè)計(jì)中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè) 計(jì)不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。 第六階段：在老師的組織下進(jìn)行模擬答辯，找出問題并解決問題。 關(guān)鍵詞 ： 超寬帶； 發(fā)射機(jī) ；信道；接收機(jī) ； 仿真 The Design and Simulation of UWB Communication Systems Liu Yong， Grade 2021, Communication Engineering Abstract: Due to its higher data rate, lower power attenuation and strong antimultipath interference capacity, UWB wireless munication technology is regarded as the key to nextgeneration wireless munication technology. This paper firstly introduces the UWB wireless munication technology’s history , current situation and development prospects, and then does some theoretical research and simulation experiments about UWB waveform design、 transmitterstructure, ultrawideband wireless channel modeling and receiver structure. Finally, using Simulink software as the simulation tools to establish the transmitter、 receiver and channel model of UWB system, the performance of UWB wireless munication system is simulated under the CM1 model and the simulation results are analyzed, this study has some positive significance for design a highperformance ultrawideband wireless munication system. Key words: UWB?，F(xiàn)代意義的超寬帶無(wú)線通信技術(shù)出現(xiàn)于上個(gè)世紀(jì) 90 年代，當(dāng)時(shí)，它的應(yīng)用只限于軍事和災(zāi)害救援等方面。后 一 種方案將可用的 頻段分成十幾個(gè) 500600MHz 左右的子頻帶，在每 一 個(gè)子頻帶上采用正交頻分復(fù)用 (OFDM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術(shù)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中頻譜特性的需要，選擇不同的波形 。各階微分脈沖波形均可由高斯 一 階導(dǎo)數(shù)通過(guò)逐 次求導(dǎo)得到。因此，同 一 波形可以通過(guò)改變脈沖形成因子的值來(lái)得到不同的帶寬。 BPM 調(diào)制和 OOK 調(diào)制方法是 PAM 調(diào)制的兩種簡(jiǎn)化形式。這樣，把第 一 步和第二步組合起來(lái)不難得到 一 下多脈沖調(diào)制技術(shù) :PPMTHSS、 PPMDSSS、PAMTHSS、 PAMDSSS、 BPMTHSS、 BPMDSSS。根據(jù)沖激無(wú)線電應(yīng)用實(shí)際 ,需要考慮到脈沖在反射或穿 透障礙物時(shí)其性狀的變化。該提案支持 55480 Mb/s之間的數(shù)據(jù)傳輸速率變化 。 誤碼率分析 本系統(tǒng)還分析了誤碼率，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的仿真統(tǒng)計(jì)，其誤碼率為*105 滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。 通過(guò) FCC 最近 的這些 發(fā)展 給了 英特爾一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)來(lái)發(fā)展 硬件設(shè)施 ，它們可以依靠 存在 于 無(wú)線領(lǐng)域大量的 潛在的 優(yōu)勢(shì) 來(lái) 利用巨大的可用頻譜，而且正在提供一個(gè) 用 來(lái)驅(qū)動(dòng)未來(lái)的高速率應(yīng)用 引擎 的 整個(gè)行業(yè) 的 構(gòu)思。 不幸的是，不可能 尋在實(shí)現(xiàn)一個(gè) 同時(shí) 具備這五種特性 的通信和 雙向通信流系統(tǒng)，如果其他的要做好 ，必須放棄一個(gè)或多個(gè)特性。 按預(yù)期，新興的短期和媒介變化無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)各有不同，隱含的空間容量 大小分配使用 。這些不同類型的流量對(duì)于服務(wù)參數(shù)的 不同 有不同的條件要求，量化為每個(gè)應(yīng)用程序?qū)@些用戶的網(wǎng)絡(luò)性能。例如技術(shù)支持這些應(yīng)用的 IEEE （ WiFi的）藍(lán)牙和 HomeRF網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。最后，趨勢(shì) 4讓這些本來(lái) 在幾年前不切實(shí)際技術(shù)的信號(hào)處理的使用成為 了 可能。 無(wú)線替代的手段 為了了解在 無(wú)線通信中 超寬帶無(wú)線通信 適用于哪些 目前的趨勢(shì)，我們 需要考慮一般通信系統(tǒng)試圖解決的問題。這一規(guī)則的改變將使 UWB的 可以 啟用 的 頻譜更有效地利用現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)來(lái)覆蓋， 并使得有用的頻譜更為有效 ，但 目前 這是 不允許的 。 接收端信號(hào)仿真分析 圖 接收端信號(hào)頻譜圖 圖 ，從圖 可知直流信號(hào)為零，信號(hào)受多徑衰落信道的影響較明顯。 D調(diào) 制 信 道相 關(guān)器判 決D脈沖數(shù)據(jù)輸出 圖 TR 自相關(guān)接收系統(tǒng) 互相關(guān)模塊 互相關(guān)接收機(jī)可以采用模擬式和混合式方式進(jìn)行相關(guān)處理 ,其中模擬方式選用與接收信號(hào) 一 致的二階高斯脈沖信號(hào)作為模板信號(hào) ,而混合方式可采用數(shù)字方波作為模板信號(hào) ,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 。這兩個(gè)模型在超寬帶室內(nèi)信道中并不是相互獨(dú)立存在的，在同 一 個(gè)無(wú)線信道中，二者綜合作用于發(fā)射脈沖信號(hào) [10]。把 BPM 稱為直接序列 (Direct Sequence)擴(kuò)譜(DSSS)，即每組 脈沖內(nèi)部的每 一 個(gè)脈沖具有固定的時(shí)間間隔和相同的幅度，但具有不同的極性。經(jīng)典的單脈沖調(diào)制技術(shù)包括 :脈沖幅度調(diào)制 (PAM)、脈沖位置調(diào)制(PPM)、二相調(diào)制 (BPM)和開關(guān)鍵控 (OOK)等 。 脈沖寬度取決于脈沖形成因子 a。 脈沖產(chǎn)生器最易產(chǎn)生的脈沖波形其實(shí)是 一 個(gè)鐘形，類似于高斯函數(shù)波形。 在超寬帶脈沖無(wú)線系統(tǒng)中，信息是調(diào)制在脈沖上傳遞的，既可以用單個(gè) 脈沖傳遞不同的信息，也可以用多個(gè)脈沖傳遞相同的信息 [4]。在 2021 年 7月的會(huì)議上，通過(guò)討論和協(xié)商，這些提案融合成了兩大方案，即美國(guó)MSSI、 Xtreme Spectrum 公司等倡導(dǎo)的脈沖無(wú)線電方案和以 Intel、 TI為首提出的多頻段正交頻分復(fù)用 (MultiBand OFDM)方案。 UWB 在 10m 以內(nèi)的范圍實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸，是應(yīng)用于無(wú)線局 域 3 網(wǎng)（ WPAN）的一種近距離無(wú)線通信技術(shù) [1]。本文首先介紹了超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀和發(fā)展前景，然后對(duì)超寬帶無(wú)線通信中超寬 帶信號(hào)的波形設(shè)計(jì)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)、超寬帶無(wú)線信道的建模和接收機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論研究以及仿真實(shí)驗(yàn)。 第四階段：二稿完成，并交于老師批閱，在老師的指導(dǎo)下進(jìn)行完善。對(duì)本設(shè)計(jì)的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。 第七階段：準(zhǔn)備并完成正式答辯。 Transmitter。 1989 年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究院計(jì)劃署 (DARPA, Defense Advanced Research projects Agency)首先提出了超寬帶這 一 術(shù)語(yǔ)。 DSUWB 技術(shù)得到了以飛思卡爾、摩托羅拉等廠商為成員的國(guó)際 UWB 論壇的大力支持 。提高脈沖重復(fù)頻率，實(shí)現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸 。隨著脈沖信號(hào)階數(shù)的增加，過(guò)零點(diǎn)數(shù)逐漸增加，信號(hào)中心頻率向高頻移動(dòng)，但信號(hào)的帶寬無(wú)明顯變化，相對(duì)帶寬逐漸下降。 注意到高斯脈沖有無(wú)限的持續(xù)時(shí)間，這將不可避免地導(dǎo)致脈沖混疊和符號(hào)間干擾 (ISI)。 BPM 調(diào)制過(guò)改變脈沖的正負(fù)極性來(lái)調(diào)制二元信息，所有脈沖幅度的絕對(duì)值相同。 多脈沖調(diào)制不僅可以通過(guò)提供脈沖重復(fù)頻率來(lái)降低單個(gè)脈沖的 12 幅度或發(fā)射功率，更重要的是，多個(gè)脈沖調(diào)制可以利用不同用戶使用的 SS 序列之間 的正交性或準(zhǔn)正交性實(shí)現(xiàn)多用戶干擾抑制，也可以利用 SS 序列的偽隨機(jī)性實(shí)現(xiàn)窄帶干擾抑制。脈沖的性狀應(yīng)與傳播路徑有關(guān) ,不同的傳播路徑有不同的沖激響應(yīng)。 OFDM信號(hào)使用跳頻（多頻 帶）技術(shù)進(jìn)行擴(kuò)頻 ,本系統(tǒng)采用三個(gè)子頻帶來(lái)實(shí)現(xiàn) OFDM信號(hào)在 UWB 系統(tǒng)中的 應(yīng)用 。 25 總結(jié) 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)作為一項(xiàng)新興 的 無(wú)線通信技術(shù)，因其本質(zhì)及具有信息傳輸速率很高、抗多徑干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)容量大、與現(xiàn)有通信系統(tǒng)頻譜共享、低功耗等諸多優(yōu)越性而成為人類實(shí)現(xiàn)未來(lái)中短程高速無(wú)線通信的首選無(wú)線通信技術(shù)。 29 英特爾 174。原來(lái)的無(wú)線系統(tǒng)用于測(cè)量大型橋梁的 距離，以便使雙方聯(lián)系在一起。例如： （ 1） 有 100 米額定工作范圍。因此，例如，語(yǔ)音電話和視頻電話會(huì)議應(yīng)用在延遲和抖動(dòng)性能 方面有 嚴(yán)格 要求。 目前的低數(shù)據(jù)速率無(wú)線局域網(wǎng)（ WLAN）和無(wú)線個(gè)人