基于BOK調(diào)制的Chirp超寬帶通信系統(tǒng)性能研究

1、基于BOK調(diào)制的Chirp超寬帶通信系統(tǒng)性能研究    論文   作者：黃明亮      2011-12-28 2:23:55    摘 要： 基于線性調(diào)頻脈沖（Chirp）信號良好的自相關(guān)性以及匹配濾波后尖銳的時(shí)域特性，將線性調(diào)頻脈沖擴(kuò)頻技術(shù)用于高速的超寬帶無線通信，設(shè)計(jì)Chirp-BOK調(diào)制的超寬帶通信系統(tǒng)，BOK調(diào)制實(shí)現(xiàn)簡單，但是傳輸速率較慢，首先對BOK調(diào)制方式給出理論分析，然后再進(jìn)行性能仿真。關(guān)鍵詞： Chirp；超

2、寬帶；BOK；調(diào)制中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：16717597（2011）121011202超寬帶（UWB）是一種短距離高速無線通信技術(shù)。它通過組建高速個(gè)人無線局域網(wǎng)（WPAN），使無線局域網(wǎng)和個(gè)人局域網(wǎng)以無線的互聯(lián)接入成為可能。UWB定義1是由FCC給出的，規(guī)定-10dB相對帶寬超過20%，或-10dB絕對帶寬超過500MHz就稱為超寬帶。采用滿足超寬帶定義的Chirp信號進(jìn)行通信的方式稱為Chirp超寬帶。Chirp信號又稱為線性調(diào)頻信號，在一段時(shí)間里信號的頻率隨著時(shí)間呈線性變化，這樣Chirp信號在一定時(shí)間會(huì)“掃過”一定帶寬。Chirp超寬帶是Chirp擴(kuò)頻與超寬帶

3、相結(jié)合，相比于其它超寬帶技術(shù)，具有更遠(yuǎn)的傳輸距離；相比于Chirp擴(kuò)頻，具有更高的多徑分辨率和測量精度。1 Chirp信號特性分析Chirp信號時(shí)域表達(dá)式2：其中： 為Chirp信號的包絡(luò)，通常為矩形脈沖，當(dāng) 時(shí)，其它時(shí)候 ； 為脈沖寬度（單位s），又稱為信號的掃頻時(shí)間； 是Chirp信號中心頻率（單位Hz），信號瞬時(shí)頻率表達(dá)式：為Chirp信號的線性調(diào)頻斜率（單位Hz/s），在一個(gè)脈沖寬度內(nèi)，瞬時(shí)頻率與時(shí)間呈線性關(guān)系。 信號為正斜率信號，其瞬時(shí)頻率隨時(shí)間不斷增大； 信號為負(fù)斜率信號，其瞬時(shí)頻率隨時(shí)間不斷減?。?為Chirp信號的調(diào)頻帶寬。圖1為信號包絡(luò)為1，線性調(diào)頻斜率也為1的仿真圖。圖1

4、Chirp信號仿真圖Chirp信號的脈沖壓縮可以通過匹配濾波實(shí)現(xiàn)。信號 的匹配濾波器沖激響應(yīng) 是其反演后再取共軛3，即：經(jīng)過積分計(jì)算假設(shè)正斜率信號 的自相關(guān)函數(shù)為 ：與 分別是正斜率和負(fù)斜率Chirp信號，Chirp信號的自相關(guān)函數(shù) 可以看做它們兩者的卷積。比較（4）和（5）可以看出，正向Chirp信號的匹配濾波器沖激響應(yīng)恰好為其對應(yīng)的反向Chirp信號，所以Chirp信號的匹配濾波特性也體現(xiàn)其自相關(guān)特性4。圖2是中心頻率為4.1GHz的Chirp信號自相關(guān)與互相關(guān)特性曲線。由圖可知，Chirp信號自相關(guān)特性曲線十分尖銳，互相關(guān)特性曲線相對平坦。圖22 BOK調(diào)制分析BOK調(diào)制中Chirp信號

5、既被用來調(diào)制以表達(dá)輸入符號，又起到擴(kuò)頻作用以達(dá)到擴(kuò)展頻譜目的，調(diào)制模塊和擴(kuò)頻模塊是一起的。在發(fā)射部分，用Chirp信號來表示輸入符號，“1”可以用正斜率Chirp信號（Up Chirp）表示，“0”可以用負(fù)斜率Chirp信號（Down Chirp）表示。在接收端，信號經(jīng)匹配濾波后再進(jìn)行判決以決定輸出是“0”還是“1”。假設(shè)Up Chirp的表達(dá)式為：則匹配濾波后，在接收端得到輸出與（4）一樣對于沖擊響應(yīng)為Up Chirp的匹配濾波器，如果輸入也是Up Chirp信號，則非匹配輸出為：其中 和 為菲涅爾函數(shù)。由此可見，匹配濾波器產(chǎn)生的信號為。經(jīng)分析可知匹配信號輸出一個(gè)非常尖銳的信號，有利于在接收

6、端接收檢測；非匹配信號十分微弱，且是平坦的，所以對匹配信號檢測的干擾也很小。BOK解調(diào)分為相干和非相干兩種，假設(shè)信道為加性高斯白噪聲（AWGN）信道。相干解調(diào)中假設(shè)發(fā)射端發(fā)射“0”與“1”的概率相等，則錯(cuò)誤概率表達(dá)式為：在BOK調(diào)制中， 和 等于信號比特能量 ，所以誤碼率可以表示為：函數(shù)定義如下非相干解調(diào)中，當(dāng)兩路Chirp信號的TB積無窮大時(shí)，相關(guān)系數(shù) 趨于為零，信號近似正交。此時(shí) ，誤碼率表達(dá)式為：3 性能仿真本節(jié)對BOK系統(tǒng)在AWGN信道下的理論值與仿真值進(jìn)行驗(yàn)證，假設(shè)理想同步。由圖3可知，理論值與仿真值一致，而且當(dāng)相關(guān)系數(shù)很小時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率性能接近極限，即 ，相干解調(diào)的誤碼率性能要好

7、于非相干解調(diào)。圖3 BOK在AWGN信道下的誤碼率圖4 結(jié)論本文在分析Chirp信號特性基礎(chǔ)上，提出了一種基于BOK調(diào)制的Chirp超寬帶無線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了詳細(xì)的理論推到并在AWGN信道下進(jìn)行了仿真。理論值與仿真值一致，而且當(dāng)相關(guān)系數(shù)很小時(shí)，系統(tǒng)的誤碼率性能接近極限，即，相干解調(diào)的誤碼率性能要好于非相干解調(diào)。但是應(yīng)該明白BOK調(diào)制的數(shù)據(jù)傳輸速率很慢，有待進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)：1First Report And Order “Revision of part 15 of the CommissionRules Regarding Ultra-Wideband Transmission

8、Systerm”R,ET Docket,February,2002:98-153.2賀鵬飛、呂英華、張洪欣、徐勇，線性調(diào)頻脈沖在高速UWB中的應(yīng)用研C.全國超寬帶無線通信技術(shù)學(xué)術(shù)會(huì)議，2005，11：296-300.3C.E.Cook,M.Bernfeld.Radar signals.USA:Academic Press,1967.4Zbigniew Ianelli,Introduction to Chirp Spread Spectrum TechnoLogy,Nanotron Technologies GmbH,2003.作者簡介：黃明亮（1987-），男，福建龍巖人，本科，助理工程師。    你可能感興趣的畢業(yè)論文    · 通信巨頭支持超移動(dòng)寬帶技術(shù)·