【文章內容簡介】 l? ? ?? (25) 2 0 210 n ,ll?? ? ???或 （ 其 中 No rm al ( ) ） (26) 2[] lTloEe? ???? (27) 其中：lT為時隙 l 的附加時延； ? 0 為首簇首徑的平均功率； 21 0 l n ( ) 1 0 / l n (1 0 )l n (1 0 ) 2 0oll T ?? ? ? ??? (28) ??? 模型認識到了多徑的成簇到達現象。但是由于模型中只有一個指數衰減的限制，不管是視距還是非視距的情況下，平均附加時延和均方根時延不能同時吻合。 信道模型 對于超寬帶通信系統(tǒng)，信道模型的提案主要有 Intel 的 SV 模型、 ??? 模型、POCANAZA 模型、 Dajana Cassioli 模型等。 Intel 提出的 SV 模型是在 所規(guī)定的頻段中，以足夠窄的脈沖進行測量得到的，為了與在 UWB 測量實驗中得到的數據更為吻合， IEEE 工作組對 SV 模型進行了一些修改 [5]。具體地說，用對數正態(tài)分布表示多徑增益幅度，用另外一個對數正態(tài)隨機變量表示總多徑增益的波動。最后，信道系數使用實變量而非復變量，即假定相位以等概率出現，選用等概率是因為脈沖信號經電介質表面反射出現脈沖反轉是隨機的。因此， SV模型進行修正后，被推薦為 的室內信道模型。經修改后的 信道模型提供連續(xù)時間信道模型，對于具體應用可以根據系統(tǒng)要求進行離散化 [11]。 模型的信道沖激響應可以表示為 : ()11( ) ( )KnNn k n n knkh t X t T? ? ???? ? ??? (29) 其中 X 是對數正態(tài)隨機變量，代表信道的幅度增益 。N 是觀測到的簇的數目，K(n)是第 n 簇內接收到的多徑數目， ank是第 n 簇中第 k 條路徑的系數， Tn是第 n簇到達時間， ? nk是第 n 簇中第 k 條路徑的時延。 信道系數 ? nk可以定義為： nk nk nkp??? (210) 這里， nkp 為以等概率取 +1 和 1 的離散隨機變量， nk? 是第 n 簇中第 k 條路徑的服從對數正態(tài)分布的信道系數。 nk? 可以表示為 : 2020 nkxnk? ? (211) 其中 nkX 是均值為 nk? 標準差為 nk? 的高斯隨機變量。特別地 nkX 可以進一步分解為 : nk n nk nkX ? ? ?? ? ? (212) 其中 ξ n和 nk? 為兩個高斯隨機變量，分別表示每簇和每個分量的信道系數變化。我們分別用 σ 2ξ 和σ 2ξ 表示 ξ n 和 nk? 的方差。另外，利用簇幅度和簇內每個多徑分量的幅度都服從指數衰減的特點，可以得到 nk? 的值 : 22220222101 0 l o g ( ) 1 0 1 0 ( ) l o g 1 0l o g 1 0 2 0n k n n k nknn n ktTnkTe enkeee? ? ???? ????? ?????????????? ?? ? ? (213) 對每個實現 nk? 項包含的總能量必須歸一化為單位能量，即 : () 2111KnN nknk?????? (214) 根據修正后的 SV 模型，到達時間變量 nT 和nk?分別定義為到達速率為 Λ 和y 的泊松過程。 簇到達時間被模擬為一個到達速率為 Λ 的泊 松過程 : 1()1( | ) nnTTnnp T T e ?? ? ?? ?? (215) 其中， nT 和 1nT? ，分別為第 n 簇和第 n1 簇的到達時間，第一簇的到達時間設為 0( lT =0)。 在每一簇內，相繼的多徑分量的到達時間則服從速率為兄的泊松過程 : ( 1 )()( 1 )( | ) n k n kn k n kpe ? ? ?? ? ? ???? ? (216) 其中， nk? 和 ( 1)nk?? 分別為第 k 簇內第 n 和第 n1 個分量的到達時間。每簇第一個分量的到達時間設為 0( nfT =0， n=1，?， N)。 根據上面的定義，當下面的參數明確后，由沖激響應式 (29)表示的信道模型就可以完全表征出來 : ●簇平均到達速率 Λ； ●脈沖平均到達速率 λ ； ●簇的功率衰減因子 ? ； ●簇內脈沖的功率衰減因子 γ； ●簇的信道系數標準偏差 e? ； ●簇內脈沖的信道系數標準偏差 σ ξ ； ●信道幅度增益的標準偏差 g? ； 第三章 UWB 系統(tǒng)模型 因為超寬帶技術支持多用戶通信，所以超寬帶通信系統(tǒng)需采用多址技術，超寬帶通信多址方式歸納起來主要有跳時 (Time Hoping， TH)方式 [12]，直接序列方式 (Direct Sequence,DS)[13]。而主要的調制方式 有 :脈沖位置調制 (Pulse Position Modulation， ppM)[14][15]，相移鍵控調制 (Phase Shift Keying， PSK)以及脈沖幅度調制 (Pulse Amplitude Modulation， PAM)等 [16]。 不同的多址方式和調制方式分別進行組合，則產生了各種不同的信號調制方案。 1993 年， 提出了基于跳時脈沖位置調制 (THPPM)方式的超寬帶無線通信跳時多址通信技術 [17]，隨后又有多種調制技術被相繼提出 [18]。隨著研究的深入，超寬帶無 線通信的調制方式被分為傳統(tǒng)的基于沖激無線電的方式和非 傳統(tǒng)的基于頻域處理的方式。傳統(tǒng)的基于沖激無線電的方式，例如 :采用跳時方式的 THPPM 和 THAM、采用非跳時方式的直接序列調制 (DSUWB， Direct Sequence UWB)和混合調制等 [19]。非傳統(tǒng)的基于頻域處理的方式包括基于載波干涉 (CI， Carrier lnierferomctry)脈沖波形的方式、基于脈沖的正交頻分復用方式和基于脈沖的了帶方式等等 [8]。本文主要工作都是基于沖激無線電的調制方式。 超寬帶脈沖信號 基于沖激無線電的超 寬帶系統(tǒng)，由于使用脈沖來傳輸信息，所以脈沖信號的選擇將會影響整個超寬帶通信系統(tǒng)的性能 [20]。如 :濾波器的設置，接收器帶寬的選擇，同時還要保證超寬帶系統(tǒng)嚴格滿足規(guī)定的頻譜規(guī)范。本節(jié)主要介紹幾種常用的超寬帶脈沖波形。 高斯單周脈沖 (Gaussian monocycle)是最具代表性的無載波脈沖。在數學形式上，高斯單周脈沖即高斯脈沖和它的的各階導數。高斯脈沖信號的表達式如下 : 22 22212()2p t e e? ? ?????? ??? ? ? ? (31) 其中， 224? ??? ，適當選取時間參數，可以使 p(t)成為一個合適的脈沖。 ?影響脈沖的寬度和幅度稱為脈沖形成因子， ? 增大，脈沖幅度減小寬度變寬。 ? 2為方差。在實際應用中，我們一般使用高斯脈沖的各階導數形式，任意高階脈沖可通過對高斯脈沖信號逐次求導得到。 單周期脈沖 Scholtz 單周期脈沖 類似于高斯函數的二階導數，是由 scholtz 提出的 [21]因此得名。其時域表達式為 : 221( ) e x p [ ( ) ] e x p [ ( ) ]2cct T t Tw t A ????? ? ? (32) 其頻域表達式為 : 221( ) ( ) e x p [ ( ) ]22 cccA f fFf fff??? (33) 高斯偶脈沖是由兩個幅度相等，極性相反，時間間隔為 :的高斯脈沖構成的， 其時域表達式為 : 2211( ) e x p [ ( ) ] e x p [ ( ) ]22cct T t Tw t A ????? ? ? (34) 其頻域表達式為 : 22 1 1( ) s in ( ) e x p [ ( ) ]222 cccA f fFf fff ???? (35) 高斯偶脈沖直流分量為零，且以間隔 4 cf??為周期作類似 sin(x)的分布變化，出現間隔 2 cf?? 的周期為零點。 為滿足 FCC 規(guī)定的頻譜特性或抑制窄帶干擾，人們提出了其它多種波形。一般通過特殊設計或濾波獲得。例如，用漢明窗調制載波的方法，漢明窗超寬帶脈沖中心頻率和帶寬可 以方便的通過參數調節(jié)。特殊脈沖例如修正的 Hermite脈沖、小波波形等。這些方法的優(yōu)點是更有效的利用頻譜資源，但復雜度相對較高。 基于脈沖調制的典型 UWB 系統(tǒng) 基于脈沖調制的超寬帶系統(tǒng)利用持續(xù)時間為納秒或亞納秒級的超寬帶脈沖攜帶信息。通常符號周期遠遠大于脈沖持續(xù)時間，己調信號具有極小的占空比。基本的調制方式有脈沖位置調制 (PPM， Pulse Position Modulation)、脈沖幅度調制 (PAM ， Pulse Amplitude Modulation) 、二進制相位調制 (BPSK Biphase Modulation)、脈沖波形調制 (PSM， Pulse Shape Modulation)，以及上述調制方式的混合調制。多址方式一般采用有兩種典型的方式 :跳時多址 (THMA)、直接序列碼分多址 (DSCDMA)。 跳時脈沖位置調制 (THPPM) THPPM 系統(tǒng)將跳時多址 (THMA)與脈位調制 (PPM)相結合。一個符號周期由若干個幀周期組成，每個幀周期又包含若干個碼片時間。在一個幀周期內僅發(fā)射一個脈沖，脈沖發(fā)射時間由用戶專用的偽隨機跳時碼和脈位調制偏移量共同決定。接收端利用相同的跳時 碼捕獲同步后，利用相關器完成解調 [22][23]。用戶 k發(fā)送的 TH PPM UWB 信號波形如下 : ( ) ( ) ( )[ / ]( ) ( )ck k kf j c j Nis t p t jT c T d?? ? ? ?? (36) 其中， p(t)表示發(fā)送的單周期超寬帶脈沖波形，上標 (k)表示多用戶系統(tǒng)中第k 個發(fā)送用戶，fT為無調制情況下的脈沖重復周期。()() kkfj jiT C C ??，取值范圍為：0 ? ()kjC ） ? bN ，為第 k 用戶偽隨機跳時序列的第 j 個碼元，跳時序列的周期為pN。cT 為碼片 (chip) 周期。 : ? 表示脈沖位置調制偏移量，d（ k） [j/Ns]為第 j 個幀周期發(fā)送的數據符號， Ns 為傳輸單個數據符號使用的脈沖數。 圖 32 THPPMUWB發(fā)射機產生的信號 THPPM 系統(tǒng)利用用戶跳時碼之間的正交性避免用戶信號之間的相互干擾，同時偽隨機跳時碼大大減弱了輻射信號中的離散譜線 [24][25][26]。實際應用中，可以根據信道狀況改變從達到調整數據傳輸速率和適應信道的目的。當信道狀況良好時，可以減小 Ns，提高傳輸速率 。當信道條件惡劣時，增力 Ns 降低傳輸速率，獲得附加增益以提高傳輸可靠性。 跳時脈沖幅度調制 (THPAM) THPAM 調制也是超寬帶無線通信的一種典 型調制方法，它將跳時多址和脈幅調制相結合，信號形式與 THPPM 調制方式較為相似，信號波形為 : ( ) ( )[ / ]( ) ( )ckkj N f j cjs t d p t jT C T? ? ?? (37) 其中 ()[ / ]ckjNd為調制信息，如果 ()[ / ]ckjNd∈ {0， 1}則為 OOK(On Off Keying)調制，所以 OOK 調制是 PAM 調制的一種特殊形式，如果 ()[ / ]ckjNd∈ {1， +1}則為 BPSK 調制，對于多進制系統(tǒng) ()[ / ]ckjNd∈ {A1A2? AM1}公式中的其他符號同 THPPM 調制方式。 THPAM 與 THPPM 的主要區(qū)別是，前者用信息符號控制脈沖幅度來傳輸信息，而后者是通過控制脈沖的位置來傳輸信息。 PAM 的優(yōu)點在于物理實現簡單，并可以方便的采用多進制調制，便于改變數據速率，同時可以使用非相干解調。但缺點也比較明