【正文】 。通常，在一個(gè)通信系統(tǒng)中，應(yīng)用何種調(diào)制方式不僅要看調(diào)制方式本 身性能，還要根據(jù)系統(tǒng)總的設(shè)計(jì)加以考慮。常采用不同的調(diào)制方案，對(duì)系統(tǒng)傳輸速率、搞多徑干擾能力有很大影響。接著將仿真的基本工具 MATLAB 的使用說明簡單介紹。本論文是以采用 基帶脈沖傳輸技術(shù)的經(jīng)典超寬帶無線電通信系統(tǒng)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究的。超寬帶無線電技術(shù)大體包括基帶脈沖傳輸方式和帶通載波調(diào)制傳輸?shù)姆绞絻纱箢?。結(jié)論超寬帶無線通信技術(shù)是目前發(fā)展的熱門技術(shù)。超寬帶信號(hào)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(hào)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(duì)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。利用脈沖超寬帶信號(hào)對(duì)障礙物的良好穿透特性與 精確測距功能，可以設(shè)計(jì)既具有通信功能也具有定位功能的超寬帶脈沖無線通信與定位系統(tǒng)。根據(jù)產(chǎn)生速率不同，擠兌超寬帶無線傳輸系統(tǒng)也具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，人們對(duì)超寬帶技術(shù)深入的研究使超寬帶技術(shù)在系統(tǒng)理論、功率放大器、脈沖的產(chǎn)生與接 收、同步、集成電路等方面取得了重大進(jìn)步，尤其是在超寬帶無線產(chǎn)生領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，使超寬帶通信成為無線網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分成為可能。 OFDM 可與 PPM、 PAM 等結(jié)合使用，將會(huì)有性能更好的調(diào)制技術(shù)出現(xiàn)。由于 OFDM 技術(shù)的良好性能使得它在無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用 [12]。當(dāng)發(fā)射能量相同時(shí)，使用二進(jìn)制 PAM 調(diào)制的信號(hào)可以比使用二進(jìn)制 PPM 調(diào)制的信號(hào)獲得更好的性能。 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)。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。對(duì)此超寬帶信號(hào)的幅度譜仿真也證明了這一點(diǎn)。因此， PPM是 UWB 系統(tǒng)廣泛采用的調(diào)制方式。鑒于 UWB系統(tǒng)的復(fù)雜度和功率限制，實(shí)際應(yīng)用中，常用的調(diào)制方式為 2PPM或2OPPM[3]。在 OPPM中，通常以脈沖寬度為間隔確定脈沖位置。根據(jù)相鄰脈位之間距離與脈沖寬度之間關(guān)系，又可分為部分重疊的 PPM 和正交 PPM(OPPM)。按照采用的離散數(shù)據(jù)符號(hào)的狀態(tài)數(shù)可以分為二進(jìn)制 PPM(2PPM)和多進(jìn)制 (MPPM)。 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]。 (2)numbits=8； fp=1e9； fc=50e9； T0=； TP=0； TG=50e9； A=1； N=2；圖 411 OFDMUWB 信號(hào)圖圖 411 OFDMUWB 信號(hào)幅度譜對(duì)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(hào)，是以增加帶寬為代價(jià)的，也就是增加子載波的數(shù)量。 OFDM 仿真結(jié)果及其分析要發(fā)射的總比特?cái)?shù) numbits；調(diào)制信號(hào)的中心頻率 fp；抽樣頻率fc；每個(gè)符號(hào)在其相應(yīng)載波上的傳輸時(shí)間 T0；循環(huán)前綴的持續(xù)時(shí)間 TP；保護(hù)間隔時(shí)間 TG，矩形脈沖響應(yīng)的幅度為 A， OFDM 系統(tǒng)的子載波數(shù) N。仿真 OFDM 調(diào)制信號(hào)，考慮的是 OFDM 各個(gè)載波使用QPSK 調(diào)制的情況。所有調(diào)制器使用相同的矩形波，其持續(xù)時(shí)間為 T： (48)如果符號(hào)在星座圖中的點(diǎn)用表示， OFDM信號(hào)中有 N個(gè)符號(hào)的數(shù)據(jù)塊的表達(dá)式如下 [1]： (49)而相應(yīng)的復(fù)包絡(luò)是 (410)其中， S(t)是周期為 T0的周期函數(shù)。最后，每個(gè)符號(hào)調(diào)制一個(gè)不同的載波。這些載波等間隔地位于頻域上，其間 隔為。應(yīng)用最廣泛的是眾所周知的正交頻分復(fù)用 (OFDM)。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(hào)對(duì)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]。根據(jù) 2021 年， FCC公布的 UWB 定義，帶寬超過 500MHz 的信號(hào)都是 UWB 信號(hào)。且 Np(信號(hào)每比特發(fā)射脈沖數(shù) )值越大，圖形分布越寬，即幅度峰值越小。從圖 47 中可以看出每二組的10個(gè)脈沖與第一組的 10 個(gè)脈沖在極性上是相反的 。 PAMDSUWB 仿真結(jié)果及其分析圖 47 由 PAMDSUWB 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)圖 (47)顯示了參數(shù)設(shè)置如下時(shí)所產(chǎn)生的 UWB 信號(hào)以 dBm 為單位的平均發(fā)射功率Pow，信號(hào)的抽樣頻率 fc，由二進(jìn)制源 產(chǎn)生的比特?cái)?shù) numbits，平均脈沖重復(fù)時(shí)間 Ts(單位為秒 )，每個(gè)比特映射的脈沖數(shù) Ns，碼片時(shí)間 Tc(秒 )，跳時(shí)碼的碼元最大值 Nh 和周期 Np，沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間 Tm,脈沖波形形成因子 tau(秒 )，PPM時(shí)移 dPPM(秒 )。我們考慮偽隨機(jī) DS 碼，分配給一般用戶的是長度為 NP 的二進(jìn)制碼序列。 PAMDSUWB發(fā)射鏈路其系統(tǒng)模型如圖 46 所 示 .SHAPE\*MERGEFORMAT 圖 46 PAMDSUWB 發(fā)射機(jī)系統(tǒng)模型圖 46中的前兩個(gè)模塊分別表示二進(jìn)制源和重復(fù)碼編碼器。很容易知道，由于沒有時(shí)移而且脈沖以規(guī)則的時(shí)間間隔出現(xiàn)，計(jì)算式 (46)所示信號(hào)的 PSD要比計(jì)算式 (42)所示信號(hào)的 PSD更容易。以上系統(tǒng)級(jí)聯(lián)后的輸出信號(hào)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。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。序列 d進(jìn)入第三個(gè)系統(tǒng) PAM 調(diào)制器，產(chǎn)生一個(gè)速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts(脈沖 /s)的單位脈沖 (Dirac 脈沖 )序列，其位置在 jTs 處 [6]。通常假定 Np 等于 Ns，更具一般性的假定是 Np等于 Ns的整數(shù)倍。第二個(gè)系統(tǒng)將 a*序列轉(zhuǎn)換成只含有正值和負(fù)值元素的序列 a=(… ,a0,… ,a1,… ,aj,aj 1,… )，轉(zhuǎn)換公式為： ().發(fā)射編碼器將一個(gè)由 1組成、周期為 Np 的二進(jìn)制碼序列 c=(… ,c0,c1,… ,cj,cj 1,… )應(yīng)用到序列 a=(… ,a0,… ,a1,… ,aj,aj 1,… )，產(chǎn)生一個(gè)新序列 d=a SHAPE\*MERGEFORMAT 圖 45 PAMDSUWB 信號(hào)的發(fā)射方案假定待發(fā)射的二進(jìn)制序列 b=(… ,b0,b1,… ,bk,bk 1,… )，其速率為Rb=1/Tb(b/s)，圖 45中的第一個(gè)系統(tǒng)將每個(gè)比特重復(fù) Ns 次，得到序列：(… ,b0,b0,… ,b0,b1,b1,… ,b1,… ,bk,bk,… ,bk,bk 1,bk 1,… ,bk 1,… )=a*，其速率為 Rcb=Ns/Tb=1/Ts(b/s)。而在 DSUWB中，如果沒有專門的要求，這一過程可省略。讓脈沖寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于切普間隔，很容易得到 DSSSUWB 的解析表達(dá)式。具有 UWB特性的信號(hào)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(duì)要發(fā)射的二進(jìn)制進(jìn)行編碼；其次，對(duì)一串窄脈沖進(jìn)行幅度調(diào)制。 [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(hào)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。圖 43 PPMTHUWB 發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)圖 44 PPMTHUWB 的幅度譜由圖 44 可以看出， TH編碼和 PPM 調(diào)制都對(duì)幅度譜的高斯形狀產(chǎn)生扭曲。 PPMTHUWB 仿真結(jié)果及其分析圖 (43)顯示了參數(shù)設(shè)置如下時(shí)所產(chǎn)生的 UWB 信號(hào)以 dBm為單位的平均發(fā)射功率 Pow，信號(hào)的抽樣頻率 fc，由二進(jìn)制源產(chǎn)生的比特?cái)?shù) numbits，平均脈沖重復(fù)時(shí)間 Ts(單位為秒 )，每個(gè)比特映射的脈沖數(shù) Ns，碼片時(shí)間 Tc(秒 )，跳時(shí)碼的碼元最大值 Nh和周期 Np，沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間 Tm,脈沖波形形成因子 tau(秒 )， PPM時(shí)移 dPPM(秒 )。最后一個(gè)模塊是脈沖形成。第三個(gè)模塊仿真 TH編碼和二進(jìn) PPM。第二個(gè)模塊表示重復(fù)碼編碼器。 PPMTHUWB 的發(fā)