【正文】 功率譜密度的仿真圖：，我們可以看出，經(jīng)過了PPM的調(diào)制的脈沖序列，脈沖間的間隔被改變，所以信號(hào)能量更趨近于平滑，信號(hào)較為隱蔽。但因數(shù)據(jù)調(diào)制使脈沖間隔變化并不大，改善程度不明顯，存在梳狀譜。 有PPM無TH的UWB信號(hào)的PSD 有PPM有TH的UWB信號(hào)及其PSD從前面的分析中我們可以知道，TH碼和PPM調(diào)制都能改變功率譜密度。現(xiàn)在UWB信號(hào)中加入PPM調(diào)制和TH編碼技術(shù)。 有PPM有TH的UWB的信號(hào)波形圖[1 0]，并且可以看出產(chǎn)生的偽隨機(jī)TH碼為[5 1 5 6 6]。下面仿真信號(hào)功率譜密度： 有PPM有TH的UWB信號(hào)的PSD，TH編碼和PPM調(diào)制都對(duì)功率譜密度的高斯形狀產(chǎn)生扭曲。并且結(jié)合前面的功率仿真圖與上圖對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)，引入偽隨機(jī)TH碼后，PPM調(diào)制對(duì)于功率譜密度的影響不是很大，有PPM有TH調(diào)制的信號(hào)的功率譜密度與只有TH碼調(diào)制的信號(hào)的功率譜密度十分相近。由此我們得出：偽隨機(jī)碼可以有效的改善脈沖序列的頻譜。有PAM有TH的UWB信號(hào)及其PSD 有PAM有TH的UWB信號(hào)波形圖考慮通過脈沖幅度調(diào)制后的UWB信號(hào)，即用一個(gè)由177。1組成的序列去調(diào)制一個(gè)跳時(shí)脈沖串，加入TH編碼后，產(chǎn)生的信號(hào)是一個(gè)PAMTHUWB信號(hào)。，我們得到發(fā)射信號(hào)比特[1 0 1],偽隨機(jī)TH碼為[2 2 4 7 6]，=5，所以每個(gè)比特的5個(gè)脈沖在每個(gè)幀中位于不同的時(shí)隙。從圖中我們還可以看出每個(gè)信息數(shù)據(jù)符號(hào)的脈沖的幅度是隨著傳輸信息而變化的。取不同值時(shí)的。 有PAM有TH的UWB信號(hào)的PSD（=5，=10），PAMTHUWB信號(hào)的功率譜密度的特征是在脈沖平均重復(fù)頻率及頻率的整倍數(shù)處存在譜線。并且當(dāng)值增大時(shí)，在頻率的整倍數(shù)的這個(gè)譜線的幅度大大減小了。但是，在頻率整倍數(shù)處的那些譜線，即使增大到與傳輸?shù)拿}沖總數(shù)相等，他們?nèi)匀槐４孑^大的能量。與前面討論的PPMTHUWB的信號(hào)系統(tǒng)類似，要去除這些譜線只有減小碼片持續(xù)時(shí)間，即增大TH碼的碼元最大值的上界。 有PAM有TH的UWB信號(hào)的PSD（=5000，=10） ，它描述了多徑信號(hào)成簇到達(dá)的特性，根據(jù)收發(fā)機(jī)之間的距離和室內(nèi)傳播環(huán)境的不同，共有4中情況。當(dāng)各參數(shù)明確后，沖激響應(yīng)可以將信道特性完全表征出來，這里我們主要仿真分析脈沖超寬帶信號(hào)在該信道下的傳輸特性，并分析模型參數(shù)對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憽＃?）收發(fā)機(jī)之間距離0~4m，傳播路徑中無阻礙物（LOS）（0~4m）時(shí)的下的連續(xù)波形圖和離散時(shí)間下的響應(yīng)圖。，前面的一些路徑的幅度明顯高于后面的路徑，另外，由圖中可以看出在時(shí)，多徑幅度幾乎衰減為0，所有路徑全部到達(dá)。這在接收端就非常容易收集到幾乎所有路徑的能量，增大信噪比，從而減小誤碼率。，第一條多徑分量能量最高。因?yàn)樵贚OS傳播中，是無障礙物傳播，信號(hào)不會(huì)發(fā)生散射和反射，信號(hào)能量?jī)H會(huì)隨傳播距離的增加而減小，所以第一條徑也是傳輸距離最短的徑。 LOS信道沖激響應(yīng)（TX和RX間距2m） LOS離散時(shí)間信道沖激響應(yīng)（TX和RX間距2m），功率隨著到達(dá)時(shí)間的不同也有成簇現(xiàn)象，整體的衰落大約服從指數(shù)分布，同一時(shí)間段內(nèi)的功率也是指數(shù)分布。而且，圖中也反映出這種情況下信道的時(shí)間彌散性比較小，功率在很短時(shí)間內(nèi)衰減至零，有利于使用的接受機(jī)收集所有能量。 功率延遲剖面圖（2）收發(fā)機(jī)距離0~4m，傳播路徑中存在障礙物（NLOS）。 NLOS環(huán)境下的信道沖激響應(yīng)（0~4m），NLOS（0~4m）連續(xù)信道沖激響應(yīng)，由于多徑信號(hào)成簇到達(dá)的特性，引起信號(hào)幅度的層疊性。同時(shí)我們還可以看出，多徑幅度與到達(dá)時(shí)間之間不再具有固定的規(guī)律性，但是總的增長(zhǎng)趨勢(shì)仍就是按照時(shí)間的增長(zhǎng)而變小，我們可以認(rèn)為是后到達(dá)的簇再經(jīng)過障礙物后傳播路徑比之前到達(dá)的傳播路徑長(zhǎng)，損失的能量較前者多。在時(shí)，多徑幅度幾乎衰減為0。，可以明顯的可看出路徑的到達(dá)幅度強(qiáng)度是分散的，較強(qiáng)徑分布在到達(dá)時(shí)間的多個(gè)位置。此外，我們還可以看到，最強(qiáng)徑并不是第一時(shí)間到達(dá)的，第一徑可能是穿透障礙物到達(dá)的，而最強(qiáng)徑是經(jīng)過室內(nèi)障礙物的反射和散射到達(dá)，說明信號(hào)穿透障礙物而損失的能量要比經(jīng)過障礙物反射或散射時(shí)損失的能量大。但是信號(hào)經(jīng)過反射后，所通過的傳輸路徑要增長(zhǎng)，到達(dá)時(shí)間增加，因此，會(huì)有最強(qiáng)徑出現(xiàn)在后面的現(xiàn)象。 NLOS環(huán)境下的離散信道沖激響應(yīng)（0~4m） 功率延遲剖面圖 ，與LOS情況下相比，衰減變慢，功率的分布就沒有那么集中，后面的一些路徑也含有高功率。（3）收發(fā)機(jī)之間距離（4~10m），傳播路徑中存在障礙物（NLOS）.沖激響應(yīng)在NLOS（4~10m）環(huán)境下的信道連續(xù)沖激響應(yīng)和信道離散沖激響應(yīng)圖。 NLOS環(huán)境下的連續(xù)信道沖激響應(yīng)（4~10m） NLOS環(huán)境下的離散信道沖激響應(yīng)（4~10m），時(shí)域沖激響應(yīng)幅度分布更為復(fù)雜，可以看出，后面到達(dá)的多徑衰落幅度較小，并且圖中有明顯的多層重疊現(xiàn)象，衰落至0的時(shí)間也較上NLOS（0~4m）時(shí)大。，并且有多個(gè)較強(qiáng)徑在后面到達(dá)，這說明，在NLOS環(huán)境中，隨著距離的增加，傳播環(huán)境越加復(fù)雜。從圖中，我們可以發(fā)現(xiàn)，在接近處及后，仍然有多徑的存在，只是幅度較小。 功率延遲剖面圖，總體上呈指數(shù)分布，但隱約能從圖中觀察到有多層重疊，表明是環(huán)境進(jìn)一步惡化的結(jié)果。（4）極端NLOS環(huán)境，在極端非視距環(huán)境下的時(shí)域沖激響應(yīng)，與前面任一情況相比較，幅度的分布都顯的非?；靵y，重疊現(xiàn)象非常嚴(yán)重，說明傳播環(huán)境非常差，信號(hào)傳播過程中的衍射、散射、反射現(xiàn)象很嚴(yán)重，到達(dá)多徑的衰減很慢，并且較強(qiáng)徑很多，分布分散。，路徑數(shù)目大，并且幅度分布都較均勻，較大幅值和次大幅值的徑較多，時(shí)間分布上也很分散，可以明顯的看出，在前，徑均勻分在各個(gè)時(shí)間段上。，總的規(guī)律已不太明顯，只是隨著時(shí)間段的增加而下降，后到達(dá)的徑比一般的徑所經(jīng)過的路徑長(zhǎng)，在這種復(fù)雜的環(huán)境下，受到的阻隔很多，在穿越障礙物時(shí)損失的能量也多。 NLOS環(huán)境下的離散信道沖激響應(yīng) 功率延遲剖面圖，我們從超寬帶室內(nèi)信道的沖激響應(yīng)的參數(shù)分析。從第四章中我們可以知道，超寬帶室內(nèi)信道沖激響應(yīng)由6個(gè)參數(shù)決定，能表示出信道的主要特征。但是，在實(shí)際建模中，信道模型很難與這6個(gè)參數(shù)完全匹配。通常，我們只考慮讓信道模型與多徑信道的以下3個(gè)特征匹配：平均附加時(shí)延，均方根附加時(shí)延，多徑成分的總數(shù)。 PPMTHUWB信號(hào)通過不同信道環(huán)境的仿真分析如下所示。 UWB THPPM通信系統(tǒng)的基本組成框圖在發(fā)射端時(shí)鐘發(fā)生器產(chǎn)生一定重復(fù)周期的脈沖序列，根據(jù)用戶要傳輸?shù)男畔⒑捅硎驹撚脩舻刂返膫坞S機(jī)碼可編程延時(shí)器對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行精確的延時(shí)，延時(shí)后的脈沖序列驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生電路，形成一定脈沖形狀和規(guī)律的脈沖序列，然后耦合到超寬帶天線發(fā)射出去[5]。在接收端，超寬帶天線接收的信號(hào)送到相關(guān)器的一個(gè)輸入端，相關(guān)器的另一個(gè)輸入端加入一個(gè)本地產(chǎn)生的與發(fā)端同步的經(jīng)用戶偽隨機(jī)碼調(diào)制的脈沖序列，一起經(jīng)過相關(guān)器中的相乘、積分和采樣保持運(yùn)算，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)用戶地址信息經(jīng)過分離的信號(hào)，其中僅含用戶傳輸信息及其他干擾。然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解調(diào)運(yùn)算，即根據(jù)發(fā)端的調(diào)制方式對(duì)每個(gè)脈沖進(jìn)行判決，恢復(fù)出所傳輸?shù)男畔ⅰ?高斯噪聲環(huán)境的信號(hào)傳輸PPMTHUWB信號(hào)通過發(fā)射機(jī)發(fā)射后，經(jīng)過AWGN信道后，到達(dá)接收機(jī)端。AWGN接收機(jī)模型如下圖所示： AWGN信道接收機(jī)模型發(fā)射信號(hào)，通過調(diào)用發(fā)射信號(hào)函數(shù)產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)，通過AWGN信道，在這里，假設(shè)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間距離為等d=10m，參考距離為1m時(shí)功率損耗為30dB，來表示發(fā)射信號(hào)在傳播中受的衰減情況。然后在衰減信號(hào)rx中引入熱噪聲，使有加性高斯噪聲函數(shù)。考慮信號(hào)在4種不同信噪比的情況下：0dB、8dB、16dB、24dB時(shí)信號(hào)的傳播狀況。引入四個(gè)不同噪聲信號(hào)時(shí)，顯示了接收端熱噪聲對(duì)有用信號(hào)波形的影響。可以明顯的從圖中看出，當(dāng)越小時(shí)，波形圖的失真越明顯。 發(fā)射機(jī)端信號(hào) 信號(hào)rx1（信噪比為0dB） 信號(hào)rx2（信噪比為8dB） 信號(hào)rx3（信噪比為16dB） 信號(hào)rx4（信噪比為24dB）若在接收端加入相關(guān)解調(diào)，則可評(píng)估在不同噪聲電平下的。 ，我們可以知道，在室內(nèi)傳播環(huán)境中，極端NLOS環(huán)境下，信號(hào)通過信道后受到的影響最大。因此，在這里我們主要研究PPMTHUWB信號(hào)在極端NLOS環(huán)境下的信號(hào)分析。通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)信道的參數(shù)設(shè)定，仿真得到CM4環(huán)境即極端NLOS環(huán)境下的連續(xù)沖激響應(yīng)，如下圖： CM4時(shí)的連續(xù)信道沖激響應(yīng)，時(shí)域沖激響應(yīng)的幅度分布顯得非常混亂，重疊現(xiàn)象嚴(yán)重。說明信號(hào)傳播過程中的衍射、散射、反射現(xiàn)象很嚴(yán)重，到達(dá)多徑的衰減很慢。，可以看到，當(dāng)信號(hào)通過理想信道時(shí)，脈沖信號(hào)可以高速、無差錯(cuò)的傳輸信息。在實(shí)際中，由于室內(nèi)傳播環(huán)境的中存在的各類因素，傳輸信號(hào)就不可避免的受到路徑損耗和多徑衰落等方面的影響。但通過判決結(jié)果圖可以看出，信號(hào)仍就可以在接收端被還原，說明調(diào)制信號(hào)具有很好的抗多徑能力。 系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù) 理想狀態(tài)下的接收機(jī)輸入信號(hào)和實(shí)際情況的對(duì)比圖（CM4），明顯的可以看到，當(dāng)調(diào)制信道通過極端NLOS環(huán)境下的信道后，與理想情況下的傳輸信號(hào)差別很大。當(dāng)傳輸信號(hào)的兩個(gè)脈沖的時(shí)間間隔小于時(shí)，就存在ISI。在極端NLOS環(huán)境下，由于信道時(shí)延增加，信道沖激響應(yīng)對(duì)時(shí)延的增加顯示出明顯的功率分布。因此，變大時(shí)，必須增加脈沖間隔以控制ISI。，但它本身也有許多簡(jiǎn)化。首先，它假定簇和徑的到達(dá)時(shí)延率不變，然而實(shí)際情況卻并非一定如此，因?yàn)榈竭_(dá)時(shí)間相近的路徑很可能是同一物體的不同反射成分，而看起來相隔時(shí)間長(zhǎng)一點(diǎn)的可能就是室內(nèi)其他物體的反射所產(chǎn)生的多徑成分，但它們之間的到達(dá)率并不同。為了簡(jiǎn)單起見。其次，該模型也假定幅度對(duì)數(shù)正態(tài)衰減的變化和時(shí)延相互獨(dú)立，實(shí)際上，有關(guān)分析結(jié)果表明路徑損耗和均方根時(shí)延擴(kuò)展強(qiáng)烈相關(guān)。再次，該模型只是基于6GHz的測(cè)量帶寬。所以，我們并不知道該模型與其它帶寬的信道測(cè)量是否匹配，只能假定它們有相似的趨勢(shì)和參數(shù)。最后，由于大部分的應(yīng)用限于步行速率或者更慢，所以沒有考慮信道的時(shí)變特性。 本章小結(jié) 本章首先介紹了二進(jìn)制THUWB信號(hào)的表達(dá)式及其意義，并分析二進(jìn)制THUWB信號(hào)功率譜密度的算法，通過MATLAB仿真分析了在不同調(diào)制下的UWB信號(hào)的波形及其功率譜密度；，具體分析了在四種不同環(huán)境下的信道沖激響應(yīng)的波形和功率延遲剖面。最后，對(duì)PPMTHUWB信號(hào)通過不同信道環(huán)境的影響進(jìn)行了仿真分析。結(jié)論 作為一種新興的無線通信技術(shù)，UWB技術(shù)與傳統(tǒng)的通信方式相比有著很大的區(qū)別。經(jīng)典的超寬帶無線電通信系統(tǒng)采用基帶脈沖傳輸技術(shù)，它具有高空間頻譜效率、高測(cè)距精度、低功耗、低成本、小體積等諸多優(yōu)點(diǎn)和潛力，但同時(shí)也面臨其他多方面的挑戰(zhàn)。本文運(yùn)用理論分析和仿真比較的方法對(duì)幾種調(diào)制方式的信號(hào)及信號(hào)在不同信道環(huán)境下的傳輸情況進(jìn)行了研究。主要工作如下：（1）本文從不同方面分析了無線信道的特性和超寬帶信道的模型的特征參數(shù)。（2），對(duì)其信道沖激響應(yīng)進(jìn)行了仿真。對(duì)四種仿真的條件下的仿真結(jié)果對(duì)比可以得出，在相同的收發(fā)機(jī)距離下，信號(hào)在NLOS情況下比在LOS環(huán)境中的傳輸時(shí)延更大，兩種環(huán)境下信道的功率延遲剖面中都能隱約觀察到信號(hào)成簇到達(dá)的現(xiàn)象；在NLOS環(huán)境中，信號(hào)衰減和時(shí)延都隨收發(fā)機(jī)距離的增大（從2m到8m）而增大；在極端NLOS的傳播環(huán)境下，多徑信號(hào)相互重疊在一起，使整個(gè)信道顯的不明顯，在實(shí)際通信中要盡量避免這種情況。（3）通過本畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)UWB系統(tǒng)、信號(hào)的調(diào)制方式及其功率譜有了更加系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，并且通過計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性。UWB室內(nèi)信道研究相對(duì)來說還是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，當(dāng)前研究中一般都會(huì)存在很多的簡(jiǎn)化條件，如信道的時(shí)變性一般都未考慮，又或簇的群時(shí)延問題。由于時(shí)間有限及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段受限，本文中仍然存在這樣那樣的問題，還有許多問題要解決： （1）對(duì)超寬帶通信中使用的編碼方式以及其它脈沖波形、調(diào)制方式進(jìn)行研究。（2）需要對(duì)UWB信道估計(jì)方法進(jìn)行研究，進(jìn)一步完善信道模型研究?jī)?nèi)容。（3）對(duì)超寬帶無線通信系統(tǒng)與其他無線通信系統(tǒng)的頻譜共存及兼容問題進(jìn)行研究。致 謝時(shí)光飛逝，終于到了要和我的母校告別的時(shí)候了，心中除了興奮和激動(dòng)，更多的還是感謝，感謝母校對(duì)我的教育和培養(yǎng)，讓我的知識(shí)水平得到了提升，也讓我的為人處事方式得到了極大的進(jìn)步。畢業(yè)論文是每一名即將畢業(yè)的大學(xué)生的最后一次大學(xué)本科的歷練，在這里，我要感謝張宏全老師，從論文的立題到撰寫，他不但從宏觀上幫我提出了大的方向，還在每一步的細(xì)節(jié)上都給予很多指導(dǎo)，而且每次討論的時(shí)候他還時(shí)時(shí)對(duì)我予以精神上的鼓勵(lì)，讓我信心倍增，也對(duì)我未來即將讀研提供了相當(dāng)大的精神動(dòng)力。最后還要感謝我的家人，謝謝你們含辛茹苦地把我養(yǎng)大成人，為了我的成長(zhǎng)傾注了大量的心血。參考文獻(xiàn)1 (意)MariaGabriella，Di Benedetto，Guerino Giancola著，葛利嘉，袁曉芳，北京：電子工業(yè)出版社，20052 王金龍等著，無線超寬帶通信原理與應(yīng)用，人民郵電出版社，20053 Jessrey ，“An Introduction to Ultra Wideband Communication Systems”，Prentice Hall PTR，20054 徐斌，畢光國(guó)，超寬帶脈沖無線傳輸技術(shù)，接收機(jī)世界報(bào)，20045 鄭繼禹，林基明，超寬帶多址通信信號(hào)的功率譜分析，電子學(xué)報(bào)，20036 Robert A. Scholtz，J. M. ，M. Z. Win. Evaluation of the propagation characteristics of ultrawideband munication Antennas and Pr