【正文】 MAC 層最重要的無線網(wǎng)絡功能，包括信道接入控制，保持服務質(zhì)量（ QoS），并提供安全性。因此，例如，語音電話和視頻電話會議應用在延遲和抖動性能 方面有 嚴格 要求。 目前的低數(shù)據(jù)速率無線局域網(wǎng)（ WLAN）和無線個人區(qū)域網(wǎng)絡（ WPAN）能夠達到 110Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率，通常用于諸 如分組交換數(shù)據(jù)和無線語音電話應用，使用時分多址（ TDMA）語音電路。由于在 5GHz 范圍內(nèi)的 U 型國家信息基礎設施帶下部的200MHz的可用頻譜， 12這種系統(tǒng)可以同時運行在一個 50 米環(huán)路 中 ，并可以聚集 648Mbps 的速度。 ? （ 2）藍牙，是一種 低功耗模式，具有 在 額定 10米范圍內(nèi)，峰值在空中的 1Mbps 的速度。例如： （ 1） 有 100 米額定工作范圍。正如電話功能的蜂窩電話網(wǎng)絡，趨勢 3 使 高帶寬 成為可能 ， 包括 在建的服務提供低功率短距離如使用藍牙和 IEEE 成為可能 。 （ 2）擁擠的頻譜分割 卻以傳統(tǒng)的方 式 被 監(jiān)管部門分段和控制 。在過去數(shù)年，甚至更短距離系統(tǒng)，從 10 到 100 米，已經(jīng)開始出現(xiàn) ,帶動了 以 數(shù)據(jù) 應用為主。原來的無線系統(tǒng)用于測量大型橋梁的 距離，以便使雙方聯(lián)系在一起。 30 雖然 產(chǎn)生一個 UWB波形有許多其他的 方法， 但 在本文中， 我們 著重 敘述脈沖的超寬帶波形 。顯然，這種帶寬遠遠大于目前任何技術所采用的通信帶寬。英特爾架構(gòu)實驗室（ IAL）目前正在內(nèi)部資助研究項目，其目的是進一步探討延伸到高速率通信領域超寬帶技術的潛在好處和未來的挑戰(zhàn)。 29 英特爾 174。美國聯(lián)邦通訊委員會（ FCC）目前正在制定 措施 限制超寬帶通信系統(tǒng) 的輻射排放量 ， 與家用電腦 管理 的輻射排放量 相同，在 無牌經(jīng)營的基礎上部署第 有目的的散熱輻射規(guī)則。在論文撰寫過程中， 江 老師時時關注，并細致入微的審閱我的論文，提出很多寶貴意見。 （ 4） 建立的超寬帶通信系統(tǒng)的仿真模型，并完成的 仿真實驗，使系統(tǒng)能夠滿足設計的要求。 25 總結(jié) 超寬帶無線通信技術作為一項新興 的 無線通信技術，因其本質(zhì)及具有信息傳輸速率很高、抗多徑干擾能力強、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)越性而成為人類實現(xiàn)未來中短程高速無線通信的首選無線通信技術。 發(fā)射端信號仿真分析 圖 跳頻時序仿真圖 圖 三個子頻帶頻譜圖 23 由 圖 可知系統(tǒng)分三個頻段進行跳頻擴頻，其各頻段的頻譜圖如 圖 所示。 仿真模型的接收機結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的接收機結(jié)構(gòu)如 圖 所示： 圖 系統(tǒng)接收機模型圖 20 信號經(jīng)過跳頻解擴和濾波，經(jīng)過 OFDM接收 QPSK解調(diào)和解交織，最后經(jīng)過維特比解碼接收。 其中 OFDM 發(fā)射機 是 發(fā)射機模型 的核心模塊 ，其結(jié)構(gòu) 如圖 所示： 1O u t 1F i xe d P o i n tA n a l ys i s( 1 6 b i t s )f p a n a l ys i sZ e r o S u f f i x,U n g r o u pF r a m e s ,andG u a r d P e r i o dZ e r o P a da n d S h i f tf o r F F TH o r i z C a tH o r i z C a tP i l o t sP S S e q u e n ceA s s e m b l eO F D MF r a m e s K N o r m a l i ze I F F TI F F T 1G r o u p D a t a f o rO F D M S ym b o l sF S S e q u e n ceZ e r o D CC o n ve r tC o n ve r tC E S e q u e n ce2 x S p r e a d i n g1I n 1 圖 OFDM 發(fā)射機結(jié)構(gòu) 這個子系統(tǒng)的目的是要將 QPSK符號有效載荷轉(zhuǎn)變成 OFDM符號（每165 個樣本） 的 幀 中 ，并將它傳遞給 發(fā)射機的射頻 前端。 OFDM信號使用跳頻（多頻 帶）技術進行擴頻 ,本系統(tǒng)采用三個子頻帶來實現(xiàn) OFDM信號在 UWB 系統(tǒng)中的 應用 。在接收端 ,通過判決延遲 D 時刻獲得的接收脈沖信號的自相關值提取數(shù)據(jù)信息 ,TR 自相關接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 [12]。根據(jù)超寬帶信號要求和各種相關器的特點 ,沖激無線電的相關器 設計通常采用模擬式相關器或混合式相關器。 這個模型是將室內(nèi)環(huán)境分成四種典型的情況 : CM1(0~4m,視距傳播 (LOS)),CM2(0~4m, 非視距傳播 (NLOS)), CM3 (4~10m,非視距傳播 (NLOS)),CM4(4~10m,極端情況下的非視距傳播 (NLOS)),特性如表 所示。脈沖的性狀應與傳播路徑有關 ,不同的傳播路徑有不同的沖激響應。多徑傳播模型對傳輸技術的選擇和接收機的設計至關重要。路徑損耗模型包括穿透障礙損耗、視距和非視距損耗。因此，根據(jù)無線信道的基本特征，結(jié)合超寬帶脈沖信號 傳播的特殊性，通過分析超寬帶脈沖信號在不同環(huán)境下的傳播特性，建立相應的超寬帶無線信道電波傳播模型具有重要的意義。 多脈沖調(diào)制不僅可以通過提供脈沖重復頻率來降低單個脈沖的 12 幅度或發(fā)射功率，更重要的是，多個脈沖調(diào)制可以利用不同用戶使用的 SS 序列之間 的正交性或準正交性實現(xiàn)多用戶干擾抑制，也可以利用 SS 序列的偽隨機性實現(xiàn)窄帶干擾抑制。因而在第 一 步中，把 PPM 調(diào)制稱為跳時 (Timing Hopping)擴譜 (THSS)，即每組脈沖內(nèi)部的每 一 個脈沖具有相同的幅度和極性，但具有不同的時間位置 。第二步為每組脈沖作為整體被調(diào)制。在 PPM 調(diào)制中，脈沖的極性和幅度都不改變。 BPM 調(diào)制過改變脈沖的正負極性來調(diào)制二元信息，所有脈沖幅度的絕對值相同。 單脈沖調(diào)制 對于單個脈沖，脈沖的幅度、位置和極性變化都可以用于傳遞信息 。 10 IUWB(ImpulseUltra Wide Band，無載波脈沖 UWB)系統(tǒng)在多址通信信道中可以以很高的 速率傳輸數(shù)據(jù)。峰值頻率和脈沖帶寬都會隨微分階數(shù)的增加而改變。 注意到高斯脈沖有無限的持續(xù)時間，這將不可避免地導致脈沖混疊和符號間干擾 (ISI)。高斯脈沖非常適合本文的分析，因為高斯脈沖可以直接通過調(diào)整形成因子 a 來改變波形，同時可以通過對原始脈沖微分來獲得很多的波形。高斯函數(shù)的各階導函數(shù)表示的波形都是滿足上述條件 的。a 為脈沖波形的成形因子 增大，脈沖幅度減小，脈沖寬度變寬。隨著脈沖信號階數(shù)的增加，過零點數(shù)逐漸增加，信號中心頻率向高頻移動，但信號的帶寬無明顯變化，相對帶寬逐漸下降。試驗表明，當用 一 個滿足階躍函數(shù)的電流來激勵天線時，天線的輸出端就會產(chǎn)生 一 個脈沖，而且這個階躍電流跳變越陡峭，所產(chǎn)生的脈沖寬度就越窄 [6]。 高斯脈沖信號 在超寬帶通信系統(tǒng)中，所采用的基帶脈沖波形很少是 一 個周期的正弦波。脈沖信號產(chǎn)生器還應該容易實現(xiàn)。提高脈沖重復頻率，實現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸 。第二類是特殊脈沖，即滿足特定頻譜要求的脈沖，通信系統(tǒng)的工作頻段、信號帶寬、輻射譜密度、帶外輻射、傳輸性 能、實現(xiàn)復雜度等諸多因素都取決于時域成形波形 P(t)的設計 。 6 2 超寬帶無線通信系統(tǒng)發(fā)射機設計 超寬帶無線通信系統(tǒng)的輻射的頻譜由兩方面決定 :其 一 是脈沖信號的波形，可根據(jù)需要的頻譜特性選擇發(fā)送的脈沖波形 。 本文所做的工作 本文設計了一個符合 超寬帶無線 5 通信系統(tǒng)模型，通過 simulink 平臺仿真驗證了其正確性。 DSUWB 技術得到了以飛思卡爾、摩托羅拉等廠商為成員的國際 UWB 論壇的大力支持 。次年 3 月， sG3a 工作組收到了來自全球的 23 個提案。 2021 年 4 月，我國發(fā)布的“十五” 863 計劃中把“ UWB 無線通信關鍵技術及其共存與兼容技術”作為有關通信技術主體研究項目， 4 鼓勵國內(nèi)學者加強這方面的研究工作。 英特爾 (Intel)公司在 2021 年成立了 UWB 研究實驗室，并在 2021年 4 月展示了其傳輸速率高達 480Mb/s 的 UWB 設備。 1989 年，美國國防部高級研究院計劃署 (DARPA, Defense Advanced Research projects Agency)首先提出了超寬帶這 一 術語。根據(jù)美國 FCC對 UWB技術的定義，相對帶寬大于 500MHz 的系統(tǒng)都可看作 UWB 系統(tǒng)，并分配 UWB系統(tǒng)可使用的頻段，在該頻段內(nèi)， UWB 設備的發(fā)射功率需低于 ，以便與其他無線通信系統(tǒng)共存。目前， WPAN 的主要技術有 :藍牙(Bluetooth)、紅外線 (IrDA， Infrared Data Association)、家用無線局域網(wǎng)技術 (Home RF， Home Radio Frequency)和超寬帶無線通信 (UWB)等。隨著時代的進步以及電子產(chǎn)品的普及，人們對計算機、通信、家用電器等消費電子之間無線融合的需求指明了無線通信技術發(fā)展的主要方向。 Transmitter。 三、湖南師范大學樹達學院本科畢業(yè)設計答辯記錄表 畢業(yè)設計題 目 UWB超寬帶通信系統(tǒng)的設計與仿真 作者姓名 劉勇 所系（部）、 專業(yè)、年級 理工 系（部） 通信工程 專業(yè) 2021 年級 指導教師 姓名、職稱 江沸波 講師 答 辯 會 紀 要 時間 地點 答辯 小組 成員 姓 名 職務（職稱 ） 姓 名 職務（職稱） 姓 名 職務（職稱） 答辯中提出的主要問題及回答的簡要情況記錄： 會議主持人簽名： 記錄人簽名： 年 月 日 答 辯 小 組 意 見 評語： 評定等級： 負責人（簽名）： 年 月 日 學 院 意 見 評語： 畢業(yè)設計學院最終評定等級： 負責人（簽名）： 學院（公章） 年 月 日 學 校 意 見 評語： 評定等級： 負責人（簽名）： 年 月 日 目 錄 摘 要 .................................................. 1 Abstract ................................................ 1 1 緒論 ................................................... 2 .............................. 3 及現(xiàn)狀 ................. 4 .................................... 5 ........................................ 5 2 超寬帶無線通信系統(tǒng)發(fā) 射機設計 ........................... 6 .................................. 7 ...................................... 9 ......................... 10 單脈沖調(diào)制 .................................. 11 多脈沖調(diào)制 .................................. 12 3 超寬帶無線信道 建模 .................................... 13 ............................. 13 ............................... 15 4 超寬帶相關接收模塊設計 ................................ 16 ....................................... 16 相關模塊