跳時超寬帶信號的功率譜分析

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站跳時超寬帶信號的功率譜分析歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘要：推導和分析了TH-UWB信號的功率譜，并指出該功率譜包含連續(xù)譜和離散譜成分，其中連續(xù)譜形狀與UWB極窄脈沖頻譜相似，離散譜與跳時調(diào)制和數(shù)據(jù)調(diào)制有關。跳時調(diào)制可以起到平滑功率譜的作用，且跳時碼周期較長時，功率譜更平坦。并通過計算機仿真驗證了以上結(jié)論    關鍵詞：超寬帶；跳時；PPM；功率譜     UWB無線

2、通信技術13以納秒量級極窄脈沖為傳輸載體，以脈沖序列的形式傳輸信息，與傳統(tǒng)無線通信技術使用連續(xù)的正弦電波作為通信載波有本質(zhì)的區(qū)別。由于這種通信系統(tǒng)的帶寬很寬，所以可以用極低的發(fā)射功率工作，從而實現(xiàn)與現(xiàn)有的常規(guī)無線系統(tǒng)共存，提高頻譜的利用率。由于使用ns量級的極窄脈沖作為信號載體，具有很好的時間分辨率，幾乎不受多徑干擾影響，因此非常適合室內(nèi)密集多徑環(huán)境下的無線接入4。UWB無線通信正在成為目前無線通信領域的研究熱點。本文從一般意義的二進制TH-UWB信號表達式出發(fā)，推導和分析了其功率譜，仿真驗證了跳時調(diào)制可以起到平滑功率譜的作用，且跳時碼周期較長時，功率譜更平坦。1  TH-UWB信號

3、表達式    一般意義的數(shù)字基帶信號可用隨機序列描述為5： 其中：Ts是碼元寬度；sxn(t)wi(t)，i1，2，N為第n個碼元的波形。對二元信號，“0”和“1”分別用不同波形發(fā)送，有：對于跳時UWB信號，設cnTc為脈沖的跳時時移，Tc為跳時時移步長，Cn是由偽隨機序列生成的，周期Np,即Cn=cnmNp。設脈沖重復間隔TfTs，即用一個脈沖表達一位信息比特，這樣并不失一般性。由此可以得到一般意義的二進制數(shù)據(jù)TH-UWB信號表達式：其中：l表示第l個用戶；clj為用戶l的偽隨機跳時序列；式(5)給出的信號表達式對于TH-UWB信號的各種不同脈沖形狀、

4、數(shù)據(jù)調(diào)制方式和跳時方式來說是通用的，因此該式是具有一般意義的TH-UWB信號表達式。當式中變量取不同函數(shù)時，便可得到幾種常用的TH-UWB信號。(6) (7)(8)2功率譜分析首先分析式(1)的功率譜密度。隨機信號的功率譜密度可由其自相關函數(shù)的傅里葉變換求得。式(1)的自相關函數(shù)為5：在假設信元相互獨立的情況下有。該相關函數(shù)包含周期成分和非周期成分。此時功率譜密度為6：其中：(f)為狄拉克函數(shù)，Si(f)為si(t)的傅里變換；Pi為出現(xiàn)Si(f)的概率。首先分析離散譜。對于式(5)所描述的二進制TH-UWB信號，脈沖位置與波形由數(shù)據(jù)是以Np為周期的，所以可以看作是一個TsNpTf的

5、2N p元調(diào)制的數(shù)字基帶信號。對于跳時序列cln和數(shù)據(jù)aln共同決定的“信號元”有2Np種。式(4)可寫為：則第n個發(fā)送的“信號元”波形描述為連續(xù)譜為自相關函數(shù)減去其周期成分后剩余部分的傅里葉變換，所以有：式(17)表明，一般形式的TH-UWB信號功率譜密度既有離散成分D，又有連續(xù)成分C。連續(xù)譜和UWB極窄脈沖頻譜形狀相似，決定離散譜線的頻率函數(shù)是Wk(f)和Q(f),均不為零時，存在離散譜。    現(xiàn)在具體分析2PPM，TH-UWB信號的功率譜。設g0=g1=1/2,又1(t+)=0(t)=(t),由式(17)得2PPM，TH-UWB信號功率譜密度表達式：對于式

6、(18)，當Np1，Tc0時，即為無跳時調(diào)制的情況。此時Q(f)21。由式(18)可以看出，跳時調(diào)制使信號離散譜間隔減小，且幅度變小，即跳時調(diào)制對功率譜有平滑作用。且當Np越大，譜線間隔越小，幅度越小。由式(15)可以看出，當Tf是Tc的整數(shù)倍時，Q(f)2在頻率分布上以1Tc為周期變化。當TfTcmn，其中m和n為互質(zhì)整數(shù)時，則對于所有是nTc整數(shù)倍的頻率f來說，并且Gs(f)在這些頻率處存在較強譜線。    圖1給出了2PPM，TH-UWB信號功率譜，圖2是無偽隨機跳時調(diào)制2PPM，UWB信號功率譜。該仿真中UWB極窄脈沖為。為了清晰地觀察離散譜線，選取Tf5

7、 ns，01 ns，Tc05 ns。可以看出，2PPM，TH-UWB信號功率譜密度是比較平滑的。這是因為偽隨機跳時調(diào)制的作用。且圖1中顯示在1/Tc=2 GHz整數(shù)倍處存在較強的離散譜線。這表明仿真結(jié)果和理論分析是一致的。圖3和圖4比較了Np取不同值時的功率譜密度。其中Np分別取7和127，Nh16不變，Tf50 ns，Tp05 ns。比較圖3和圖4，可以看出：參數(shù)Np的大小對TH-UWB信號的功率譜密度是有影響的。當Np較大時，功率譜更平坦。這一仿真結(jié)果驗證了以上理論分析所得到的結(jié)論。3結(jié)語    本文推導和分析了一意義的TH-UWB信號的功率譜，并指出該功率譜

8、包含連續(xù)譜和離散譜成分，其中連續(xù)譜形狀與UWB極窄脈沖頻譜相似，離散譜與跳時調(diào)制和數(shù)據(jù)調(diào)制有關。跳時調(diào)制可以起到平滑功率譜的作用，且跳時碼周期較長時，功率譜更平坦。通過仿真驗證了以上結(jié)論。這些結(jié)論可以用來指導UWB無線通信系統(tǒng)的信號設計。  參考文獻1Win MZ，ScholtzRAUltra wide bandwidth time-hopping spread spectrum impulse radio for wireless multiple access communicationsJIEEE Trans Commun，2000，48(4)：679-6912Win M Z，Scholtz RAImpulse radio：howitworkJIEEECommunications Letters，1998，2(2)：36-383Scholtz R A , Win M Z .Impulse radio.Invited paper ,Proceedings of PIRMC 97,199