超寬帶通信關(guān)鍵技術(shù)原理與應(yīng)用

目錄目錄…………………1摘要…………………3Abstract……………4第1章概述……………………61.1總述………………………61.2UWB基本原理…………61.2.1

脈沖信號(hào)…………1.2.2

UWB調(diào)制技術(shù)…………………1.3

UWB技術(shù)特點(diǎn)…………81.4

UWB發(fā)射機(jī)和接受機(jī)構(gòu)成框圖………91.4.1

UWB發(fā)射機(jī)構(gòu)成框圖……………1.4.2

UWB接受機(jī)構(gòu)成框圖…………1.5

UWB技術(shù)應(yīng)用前景…………………111.6

結(jié)束語(yǔ)……………………11第2章MATLAB軟件工具簡(jiǎn)介………………132.1

MATLAB語(yǔ)言概述…………………132.2

MATLAB歷史………132.3

MATLAB語(yǔ)言特點(diǎn)…………………142.4

MATLAB仿真…………15第3章

超寬帶無(wú)線調(diào)制技術(shù)………………173.1

PPM-TH-UWB調(diào)制方式……………173.1.1

跳時(shí)超寬帶信號(hào)產(chǎn)生…………173.1.2

PPM-TH-UWB發(fā)射鏈路………3.1.3

PPM-TH-UWB仿真成果及其分析……………3.2

PAM-DS-UWB調(diào)制方式……………223.2.1直接序列超寬帶信號(hào)產(chǎn)生……223.2.2

PAM-DS-UWB

發(fā)射鏈路……3.2.3PAM-DS-UWB仿真成果及其分析……………3.3OFDM調(diào)制技術(shù)………273.3.1概述3.3.2多頻段OFDM-UWB3.4.3OFDM仿真成果及其分析3.4

總結(jié)………………………32第4章性能分析及應(yīng)用前景…………………334.1脈位調(diào)制(PPM)和脈幅調(diào)(PAM)……334.2

OFDM調(diào)制………………334.3

UWB應(yīng)用前景………34致謝……………35參考文獻(xiàn)………………………36摘要超寬帶（UWB，UltraWideBand）無(wú)線技術(shù)在無(wú)線電通信、雷達(dá)、跟蹤、精準(zhǔn)定位、成像、武器控制等眾多領(lǐng)域具備遼闊應(yīng)用前景，因而被以為是將來(lái)幾年電信熱門技術(shù)之一。1990年，美國(guó)國(guó)防部一方面定義了“超寬帶”概念，超寬帶無(wú)線通信開始得到美國(guó)軍方和政府部門注重。4月，美國(guó)FCC通過(guò)了超寬帶技術(shù)商用允許，超寬帶無(wú)線通信在民用領(lǐng)域開始受到普遍關(guān)注。當(dāng)前“超寬帶”定義只是針對(duì)信號(hào)頻譜相對(duì)帶寬（或絕對(duì)帶寬）而言，沒有界定期域波形特性。因而，有各種方式產(chǎn)生超寬帶信號(hào)。其中，最典型辦法是運(yùn)用納秒級(jí)窄脈沖（又稱為沖激脈沖）頻譜特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。超寬帶無(wú)線電是對(duì)基于正弦載波常規(guī)無(wú)線電一次突破。幾十年來(lái)，無(wú)線通信都是以正弦載波為信息載體，而超寬帶無(wú)線通信則以納秒級(jí)窄脈沖作為信息載體。其信號(hào)產(chǎn)生、調(diào)制解調(diào)、信號(hào)隱蔽性、系統(tǒng)解決增益等方面，具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，特別是可以在密集多徑環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高速傳播。由于脈沖持續(xù)時(shí)間很短，多徑分量在時(shí)域上不易重疊，多徑辨別能力高，通過(guò)先進(jìn)多徑分離技術(shù)或瑞克接受機(jī)，可以充分運(yùn)用多徑分量。當(dāng)前，典型超寬帶無(wú)線通信調(diào)制方式以TH-PPM、TH-PAM為主，本論文中，簡(jiǎn)介超寬帶無(wú)線通信中調(diào)制技術(shù)，重要討論TH-PPM、TH-PAM基本原理，并且對(duì)比調(diào)制技術(shù)優(yōu)缺陷，性能好壞，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，從仿真圖中較清晰研究調(diào)制方式，從而得出對(duì)的結(jié)論，細(xì)致研究超寬帶無(wú)線通信中調(diào)制技術(shù)。核心字：超寬帶調(diào)制方式PPM調(diào)制PAM調(diào)制OFDM調(diào)制AbstractUltra-Widebandwirelesstechnologyinradiocommunications，radar，tracking，precisepositioning，imaging，armscontrol，withawiderangeofprospects，isbelievedtobethenextfewyearsoneoftheMostpopulartechnologyfortelecommunications.In1990，Theu.s.DepartmentofDefensefirstdefinestheconceptofultra-widebandnetworking，ultra-widebandwirelesscommunicationbeginstogettheUSMilitaryandGovernmentdepartments.InApril，TheUSFCCpassedtheUWBtechnologycommerciallicense，ultra-widebandwirelesscommunicationincivilianareasareofcommonconcern.Atpresent，thedefinitionofultra-wideband"justfortheesignalspectrumofrelativebandwidth(orabsolutebandwidth)，nodefinitionofthewaveform.Therefore，thereareseveralwaystoproduceultra-widebandsignal.Ofthese，theMosttypicalmethodistousethenanosecondpulsesof(alsoknownasimpulse)spectrumcharacteristics.UWBradioisaradiobasedonconventionalsinusoidalcarrierabreak.Fordecades，wirelesscommunicationsarebasedonsinusoidalcarrierasinformationcarriers，andultra-widebandwirelesscommunicationszeyinarrownanosecondpulsesasinformationcarriers.thesignalgeneration，Modulationanddemodulation，signalhiding，thesystemprocessinggainandsoon，hasuniqueadvantages，inparticular，tothedensemultipathenvironmenttoachievehigh-speedtransmission.Asthepulsedurationisveryshort，Multipathcomponentsoverlapintimedomainisnoteasy，Multi-pathhigh-resolutioncapabilities，advancedMulti-pathThroughseparationorrakereceiver，youcantakefulladvantageofMultipathcomponents.Atpresent，ThetypicalUWBModulationtoTH-PPM，TH-PAM,thisarticledescribesTheUWBwirelesscommunicationmodemtechnology，focusedontheTH-PPM，TH-PAM，andthebasicprinciplesofcomparativeadvantagesanddisadvantagesofModulationtechnology，performance，anddynamicsimulation，fromsimulationfigureinclearerofModulationtoobtainThecorrectconclusion，carefulstudyofultra-widebandwirelesscomunicationModemtechnology.Keywords：UWBModulationPPMModulationPAMModulationOFDMModulation第1章概述1.1總述近幾年來(lái),超寬帶短距離無(wú)線通信引起了全球通信技術(shù)領(lǐng)域極大注重。超寬帶通信技術(shù)以其傳播速率高、抗多徑干擾能力強(qiáng)等長(zhǎng)處成為短距離無(wú)線通信極具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展前景技術(shù)之一。FCC(美國(guó)通信委員會(huì))對(duì)超寬帶系統(tǒng)最新定義是:相對(duì)帶寬(在-10dB點(diǎn)處)(fH-fL)/fc>20%(fH,fL,fc分別為帶寬高品位頻率、低端頻率和中心頻率)或者總帶寬BW>500MHz。它與既有無(wú)線電系統(tǒng)比較,在耗費(fèi)更小制導(dǎo)致本條件下,可以做到更高數(shù)據(jù)傳播速率(100～500MbPs)、更強(qiáng)抗干擾能力(解決增益50dB以上),同步具備極好抗多徑性能和十分精準(zhǔn)定位能力(精度在cM以內(nèi))。1.2UWB基本原理

發(fā)射超寬帶(UWB)信號(hào)最慣用和最老式辦法是發(fā)射一種時(shí)域上很短(占空比低達(dá)0.5%)沖激脈沖。這種傳播技術(shù)稱為“沖擊無(wú)線電(IR)”.UWB-IR又被稱為基帶無(wú)載波無(wú)線電,由于它不像老式通信系統(tǒng)中使用正弦波把信號(hào)調(diào)制到更高載頻上,而是用基帶信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)天線輸出;由信息數(shù)據(jù)對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制，同步，為了形成所產(chǎn)生信號(hào)頻譜而用偽隨后序列對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼。因而沖擊脈沖和調(diào)制技術(shù)就是超寬帶兩大核心所在。1.2.1

脈沖信號(hào)

從本質(zhì)上講，產(chǎn)生脈沖寬度為納秒級(jí)信號(hào)源是UWB技術(shù)前提條件。當(dāng)前產(chǎn)生脈沖信號(hào)源辦法有兩類：①光電辦法,基本原理是運(yùn)用光導(dǎo)開關(guān)導(dǎo)通瞬間陡峭上升沿獲得脈沖信號(hào)。由于作為激發(fā)源激光脈沖信號(hào)可以有很陡前沿,因此得到脈沖寬度可達(dá)到皮秒(10-12)量級(jí)。此外,由于光導(dǎo)開關(guān)是采用集成辦法制成,可以獲得較好一致性，因而是最有發(fā)展前景一種辦法。②電子辦法,運(yùn)用微波雙極性晶體管雪崩特性，在雪崩導(dǎo)通瞬間,電流呈“雪崩”式迅速增長(zhǎng),從而獲得具備陡峭前沿波形，成形后得到極短脈沖。在電路設(shè)計(jì)中，采用各種晶體管串行級(jí)聯(lián)，使用并行同步觸發(fā)方式,加快了雪崩過(guò)程,從而達(dá)到進(jìn)一步減少脈沖寬度目。單周期脈沖寬度在納秒級(jí)(0.1～1.5ns),重復(fù)周期為25～1000ns,具備很寬頻譜。實(shí)際通信中使用是一長(zhǎng)串脈沖,由于時(shí)域中信號(hào)周期性導(dǎo)致了頻譜離散化,周期性單脈沖序列頻譜中浮現(xiàn)了強(qiáng)烈能量尖峰。這些尖峰將會(huì)對(duì)信號(hào)構(gòu)成干擾,通過(guò)數(shù)據(jù)信息和偽隨機(jī)碼來(lái)進(jìn)行編碼P調(diào)制,變化脈沖與脈沖間時(shí)間間隔,可以減少頻譜尖峰幅度。1.2.2

UWB調(diào)制技術(shù)

超寬帶系統(tǒng)中信息數(shù)據(jù)對(duì)脈沖調(diào)制辦法可以有各種。脈沖位置調(diào)制(PPM)和脈沖幅度調(diào)制(PAM)是UWB最慣用兩種調(diào)制方式。w(t)表達(dá)發(fā)送單周期脈沖，dj，tj分別表達(dá)單脈沖幅度和時(shí)延。a

PAM-UWBPAM是一種通過(guò)變化那些基于需傳播數(shù)據(jù)傳播脈沖幅度調(diào)制技術(shù)。在PAM調(diào)制系統(tǒng)中,一系列脈沖幅度被用來(lái)代表需要傳播數(shù)據(jù)。任何形狀脈沖都是通過(guò)其幅度調(diào)制使傳播數(shù)據(jù)在{-1，+1}之間變化(對(duì)于雙極性信號(hào))或在M個(gè)值之間變化(對(duì)于M元PAM)。增長(zhǎng)傳播脈沖所占帶寬或減少脈沖重復(fù)頻率,都可以增長(zhǎng)一種固定平均功率譜密度UWB系統(tǒng)所能達(dá)到吞吐量和傳播距離,可以看出這一效果與增長(zhǎng)傳播功率峰值效果是相似。采用脈沖幅度調(diào)制(PAM)超寬帶信號(hào):dj是信息序列，Tf是脈沖重復(fù)周期。依照dj不同取值，可將PAM調(diào)制方式分為如下三種:（1）OOK(發(fā)送數(shù)據(jù)為1,UWB信號(hào)幅度為1;發(fā)送數(shù)據(jù)為0，UWB信號(hào)幅度為0)；（2）PPAM(發(fā)送數(shù)據(jù)為1,UWB信號(hào)幅度為β1;發(fā)送數(shù)據(jù)為0,UWB信號(hào)幅度為β2)；（3）BPSK(發(fā)送數(shù)據(jù)為1，UWB信號(hào)幅度為1;發(fā)送數(shù)據(jù)為0，UWB信號(hào)幅度為-1)。對(duì)于這三種方式,在超寬帶PAM調(diào)制方式中多采用BPSK方式。b

PPM-UWB脈沖位置調(diào)制(PPM)又稱時(shí)間調(diào)制(TM),是用每個(gè)脈沖浮現(xiàn)位置落后或超前某一原則或特定期刻來(lái)表達(dá)某個(gè)特定信息。二進(jìn)制PPM是超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)經(jīng)常使用一種調(diào)制辦法,相對(duì)其他調(diào)制辦法來(lái)說(shuō)也是較早使用一種辦法。采用PPM一種重要因素是它可以使用零相差有關(guān)接受機(jī)來(lái)接受檢測(cè)信號(hào),而這種接受機(jī)有著非常好性能。采用脈沖位置調(diào)制(PPM)超寬帶信號(hào)波形如下：dj取0或1,δ為調(diào)制因子，與脈沖寬度TM(1/Tf)是一種數(shù)量級(jí)。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)為1時(shí)脈沖就會(huì)相應(yīng)滯后一種時(shí)延δ。給出了上述四種調(diào)制辦法信號(hào)波形圖,對(duì)這四種調(diào)制方式給出了一種比較直觀描述。除了這些對(duì)脈沖調(diào)制辦法外,用偽隨機(jī)碼或偽隨機(jī)噪聲(PN)對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼以得到所產(chǎn)生信號(hào)頻譜時(shí),依照編碼不同即擴(kuò)頻和多址技術(shù)不同,超寬帶系統(tǒng)又被分為跳時(shí)超寬帶系統(tǒng)(TH-UWB)、直擴(kuò)超寬帶系統(tǒng)(DS-UWB)、跳頻超寬帶系統(tǒng)(FH-UWB)和基帶多載波超寬帶系統(tǒng)(MC-UWB)等。1.3

UWB技術(shù)特點(diǎn)

由于UWB與老式通信系統(tǒng)相比,工作原理迥異，因而UWB具備如下老式通信系統(tǒng)無(wú)法比擬技術(shù)特點(diǎn):(1)系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出C=Blog2(1+S/N)可以看出,帶寬增長(zhǎng)使信道容量升高遠(yuǎn)遠(yuǎn)不不大于信號(hào)功率上升所帶來(lái)效應(yīng),這一點(diǎn)也正是提出超寬帶技術(shù)理論機(jī)理。超寬帶無(wú)線電系統(tǒng)顧客數(shù)量大大高于3G系統(tǒng)。(2)高速數(shù)據(jù)傳播。UWB系統(tǒng)使用上GHz超寬頻帶,依照香農(nóng)信道容量公式,雖然把發(fā)送信號(hào)功率密度控制得很低,也可以實(shí)現(xiàn)高信息速率。普通狀況下,其最大數(shù)據(jù)傳播速度可以達(dá)到幾百M(fèi)bps～1Gbps。(3)多徑辨別能力強(qiáng)。UWB由于其極高工作頻率和極低占空比而具備很高辨別率,窄脈沖多徑信號(hào)在時(shí)間上不易重疊,很容易分離出多徑分量,因此能充分運(yùn)用發(fā)射信號(hào)能量。實(shí)驗(yàn)表白,對(duì)常規(guī)無(wú)線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10～30dB多徑環(huán)境,UWB信號(hào)衰落最多不到5dB。(4)隱蔽性好。由于UWB頻譜非常寬,能量密度非常低,因而信息傳播安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB設(shè)備對(duì)于其她設(shè)備干擾就非常低。(5)定位精準(zhǔn)。沖激脈沖具備很高定位精度,采用超寬帶無(wú)線電通信,可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精準(zhǔn)定位，而GPS定位系統(tǒng)只能工作在GPS定位衛(wèi)星可視范疇之內(nèi)。與GPS提供絕對(duì)地理位置不同,超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置，其定位精度可達(dá)厘米級(jí)。(6)抗干擾能力強(qiáng)。UWB擴(kuò)頻解決增益重要取決于脈沖占空比和發(fā)送每個(gè)比特所用脈沖數(shù)。UWB占空比普通為0.01～0.001，具備比其他擴(kuò)頻系統(tǒng)高得多解決增益,抗干擾能力強(qiáng)。普通來(lái)說(shuō),UWB抗干擾解決增益在50dB以上。(7)低成本和低功耗。UWB無(wú)線通信系統(tǒng)接受機(jī)沒有本振、功放、鎖相環(huán)(PLL)、壓控振蕩器(VCO)、混頻器等，因而構(gòu)造簡(jiǎn)樸,設(shè)備成本將很低。由于UWB信號(hào)無(wú)需載波,而是使用間歇脈沖來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù),脈沖持續(xù)時(shí)間很短,普通在0.20ns～1.5ns之間,有很低占空因數(shù),因此它只需要很低電源功率。普通UWB系統(tǒng)只需要50～70MW電源,是藍(lán)牙技術(shù)十分之一。盡管如此,UWB在技術(shù)上面臨一定挑戰(zhàn)，尚有諸多技術(shù)問(wèn)題有待研究解決,例如需要更好地理解UWB傳播信道特點(diǎn),建立信道模型,解決多徑傳播;需要進(jìn)一步研究高速脈沖信號(hào)生成、解決等技術(shù);研究新調(diào)制技術(shù),進(jìn)一步減少收發(fā)構(gòu)造復(fù)雜度等。1.4

UWB發(fā)射機(jī)和接受機(jī)構(gòu)成框圖1.4.1

UWB發(fā)射機(jī)構(gòu)成框圖UWB發(fā)射機(jī)直接發(fā)送納秒級(jí)脈沖來(lái)傳播數(shù)據(jù)而不需使用載波電路。因此，UWB發(fā)射機(jī)比既有無(wú)線發(fā)射設(shè)備要簡(jiǎn)樸得多。TH-UWB發(fā)射機(jī)構(gòu)成框圖如圖1-3所示。圖1-3

UWB發(fā)射機(jī)構(gòu)成框圖調(diào)制后數(shù)據(jù)與偽碼產(chǎn)生器生成偽碼一起送入可編程延遲電路，可編程延遲電路產(chǎn)生時(shí)延控制脈沖信號(hào)發(fā)生器發(fā)送時(shí)刻，脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出UWB信號(hào)由天線輻射出去。脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路一種核心某些是天線，它作用相稱于一種濾波器。1.4.2

UWB接受機(jī)構(gòu)成框圖

TH-UWB接受機(jī)與發(fā)射機(jī)類似，兩者區(qū)別在于接受機(jī)基帶信號(hào)解決器從取樣/保持電路中解調(diào)數(shù)據(jù)，基帶信號(hào)解決器輸出控制可編程時(shí)延電路，為可編程時(shí)延電路提供定期跟蹤信號(hào)，保證有關(guān)器對(duì)的解調(diào)出數(shù)據(jù)。圖1-4

UWB接受機(jī)構(gòu)成框圖1.5

UWB技術(shù)應(yīng)用前景

UWB系統(tǒng)在很低功率譜密度狀況下,UWB具備巨大數(shù)據(jù)傳播速率優(yōu)勢(shì),最大可以提供高達(dá)1000Mbps以上傳播速率,使UWB同其他短距離無(wú)線通信系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)非常明顯,如表1所示。既有各種無(wú)線解決方案(例如802.11,Bluetooth等)速率均低于100Mbit/s,UWB則在10M左右范疇之內(nèi)打破了這一限制,UWB應(yīng)用將使人們可以掙脫更多線纜牽絆,通信因而變得更為以便。1.6

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線通信已經(jīng)迅速滲入咱們生活當(dāng)中,對(duì)容量不斷增長(zhǎng)規(guī)定需要一種不對(duì)既有通信系統(tǒng)導(dǎo)致影響新無(wú)線通信方案,超寬帶脈沖無(wú)線電系統(tǒng)正好滿足了這一規(guī)定。UWB技術(shù)對(duì)于無(wú)線短距離高速數(shù)據(jù)通信是非常有競(jìng)爭(zhēng)力,隨著研究進(jìn)一步,憑借多方面優(yōu)勢(shì),它將在諸多領(lǐng)域占有一席之地。特別是短距離傳播后3G領(lǐng)域,UWB將有遼闊發(fā)展空間。表1幾種短距離無(wú)線通信比較工作頻率IEEE802.11aBluetoothUWB傳輸速率2.4GHz2.402～2.48GHz3.1～10.6GHz54Mbps不大于1Mbps不不大于480Mbps通信距離10M～10不大于10發(fā)射功率1瓦以上1毫瓦～100毫瓦1毫瓦如下容量空間80kbps/M230kbps/M21000kbps/M2應(yīng)用范疇無(wú)線局域網(wǎng)家庭和辦公室互連近距離多媒體終端類型筆記本、臺(tái)式電腦、掌上電腦、因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)筆記本、移動(dòng)電話、掌上電腦、移動(dòng)設(shè)備無(wú)線電視、DVD，高速因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān)第2章MATLAB軟件工具簡(jiǎn)介2.1

MATLAB語(yǔ)言概述MATLAB是一種科學(xué)計(jì)算軟件，合用于工程應(yīng)用各領(lǐng)域分析設(shè)計(jì)與復(fù)雜計(jì)算，它使用以便，輸入簡(jiǎn)捷，運(yùn)算高效且內(nèi)容豐富，很容易由顧客自行擴(kuò)展。因而，它已成為大學(xué)教學(xué)和科學(xué)研究中最慣用且必不可少工具。MATLAB是“矩陣實(shí)驗(yàn)室”（MATrixLABoratoy）縮寫，它是一種以矩陣運(yùn)算為基本交互式程序語(yǔ)言，著重針對(duì)科學(xué)計(jì)算、工程計(jì)算和繪圖需求。與其她計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔和智能化，適應(yīng)科技專業(yè)人員思維方式和書寫習(xí)慣，使得編程和調(diào)試效率大大提高。它用解釋方式工作，鍵入程序及時(shí)得出成果，人機(jī)交互性能好，為科技人員所樂(lè)于接受。特別是它可適應(yīng)各種平臺(tái)，并且隨計(jì)算機(jī)硬、軟件更新而用時(shí)升級(jí)。因而，MATLAB語(yǔ)言是數(shù)值計(jì)算用得最頻繁電子信息類學(xué)科工具。它大大提高了課程教學(xué)、解題作業(yè)、分析研究效率。2.2

MATLAB歷史

在1980年先后，美國(guó)CleveMoler博士在NewMexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用其她高檔語(yǔ)言編程極為不便，便構(gòu)思并開發(fā)了MATLAB（MATrixLABoratory，矩陣實(shí)驗(yàn)室），它是集命令翻譯、科學(xué)計(jì)算于一身一套交互式軟件系統(tǒng)，通過(guò)在該大學(xué)進(jìn)行了幾次試用之后，于1984年推出了該軟件正式版本。它是以知名線性代數(shù)軟件包LINPACK和特性計(jì)算軟件包EISPACK中子程序?yàn)榛景l(fā)展而成一種開放型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，其基本數(shù)據(jù)單元是一種維數(shù)不加限制矩陣，這就容許顧客可以依照數(shù)值計(jì)算問(wèn)題復(fù)雜程序，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分段甚至逐句編程解決，顯然這與C、FORTRAN等老式高檔語(yǔ)言完全不同。在MATLAB下，矩陣運(yùn)算變得異常容易，日后版本中又增添了豐富多彩圖形圖像解決及多媒體功能，使得MATLAB應(yīng)用范疇越來(lái)越廣泛，Moler博士等一批數(shù)學(xué)家與軟件專家組建了名為MaTHWorks軟件開發(fā)公司，專門擴(kuò)展并改進(jìn)MATLAB。為了精確地把一種控制系統(tǒng)復(fù)雜模型輸入給計(jì)算機(jī)，然后對(duì)之進(jìn)行進(jìn)一步分析與仿真，1990年MaTHWorks軟件公司為MATLAB提供了新控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并定名為SIMULAB，該工具不久在控制界得致函廣泛使用。但因其名字與知名軟件SIMULA類似，因此在1992年正式改名為SIMULINK。此軟件有兩個(gè)明顯功能：仿真與連接，亦即可以運(yùn)用鼠標(biāo)在模型窗口上畫出所需控制系統(tǒng)模型，然后運(yùn)用該軟件提供功能來(lái)對(duì)系統(tǒng)直接進(jìn)行仿真。很明顯，這種做法使得一種很復(fù)雜系統(tǒng)輸入變得相稱容易。SIMULINK浮現(xiàn)，更使得MATLAB控制系統(tǒng)仿真與其在CAD中應(yīng)用打開了嶄新局面。2.3

MATLAB語(yǔ)言特點(diǎn)

MATLAB語(yǔ)言有如下特點(diǎn)。(1)

起點(diǎn)高每個(gè)變量代表一種矩陣，以矩陣運(yùn)算見長(zhǎng)。當(dāng)前科學(xué)計(jì)算中，幾乎無(wú)處不用矩陣運(yùn)算，這使它優(yōu)勢(shì)得到了充分體現(xiàn)。(2)

人機(jī)界面適合科技人員MATLAB語(yǔ)言規(guī)則與筆算式相似。MATLAB程序與科技人員書寫習(xí)慣相近，因而，易寫易讀，易于在科技人員之間交流。矩陣行列數(shù)無(wú)需定義。MATLAB不必有階數(shù)定義，輸入數(shù)據(jù)行列數(shù)就決定了它階數(shù)。鍵入算式及時(shí)得到成果，無(wú)需編譯。MATLAB是以解釋方式工作，即它對(duì)每條語(yǔ)句解釋后及時(shí)執(zhí)行，若有錯(cuò)誤也及時(shí)做出反映，便于編程者及時(shí)改正。這些都大大減輕了編程和調(diào)試工作量。(3)

強(qiáng)大而簡(jiǎn)易做圖功能能依照輸入數(shù)據(jù)自動(dòng)擬定坐標(biāo)繪圖，能規(guī)定各種坐標(biāo)系，（極坐標(biāo)系、對(duì)數(shù)坐標(biāo)系等），能繪制三維坐標(biāo)中曲線和曲面，可設(shè)立不同顏色、線型、視角等。如果數(shù)據(jù)齊全，普通只需一條命令即可出圖。(4)

智能化限度高繪圖時(shí)自動(dòng)選取坐標(biāo)，大大以便了顧客；做數(shù)值積分時(shí)自動(dòng)按精度選取步長(zhǎng)；自動(dòng)檢測(cè)和顯示程序錯(cuò)誤能力強(qiáng)，易于調(diào)試。(5)

功能豐富，可擴(kuò)展性強(qiáng)MATLAB軟件涉及基本某些和專業(yè)擴(kuò)展兩大某些?；灸承┥婕熬仃囘\(yùn)算和各種變換、代數(shù)和超越方程求解、數(shù)據(jù)解決和傅立葉變換及數(shù)值積分等等?？梢猿浞譂M足大學(xué)理工科學(xué)生計(jì)算需要。擴(kuò)展某些稱為工具箱。它事實(shí)上是用MATLAB基本語(yǔ)句編成各種子程序集，用于解決某一方面專門問(wèn)題，或?qū)崿F(xiàn)某一類新算法。當(dāng)前已有控制系統(tǒng)、信號(hào)解決、圖像解決、系統(tǒng)辨識(shí)、模糊集合、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及小波分析等工具箱，并且向公式推導(dǎo)、系統(tǒng)仿真和實(shí)時(shí)運(yùn)營(yíng)等領(lǐng)域發(fā)展。MATLAB核心內(nèi)容在于它基本某些，所有工具箱子程序都是用它基本語(yǔ)句編寫。2.4

MATLAB仿真

通過(guò)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)，建立一種完整、精確需求闡明，清晰、精確地提出仿真實(shí)驗(yàn)所要解決問(wèn)題。對(duì)所提出仿真系統(tǒng)給出詳細(xì)定義，明確系統(tǒng)中模塊、系統(tǒng)構(gòu)成、模塊之間互有關(guān)系，系統(tǒng)輸入輸出、邊界條件以及系統(tǒng)約束條件，并明確仿真所要達(dá)到目的。依照仿真系統(tǒng)分析成果，擬定系統(tǒng)中參數(shù)、變量及其互之間關(guān)系，并以數(shù)學(xué)形式將這些關(guān)系描述出來(lái)，從而構(gòu)成仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)建模是系統(tǒng)仿真中最核心一步，所建立數(shù)學(xué)模型必要盡量精確地反映所關(guān)懷真實(shí)系統(tǒng)特性，而又不能過(guò)于復(fù)雜，以免減少模型效率，增長(zhǎng)不必要計(jì)算過(guò)程，即建模需要依照求解問(wèn)題規(guī)定，在模型近似限度與復(fù)雜限度之間折中。電子與通信系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型普通以方框圖形式或數(shù)學(xué)方程形式來(lái)表達(dá)。依照建立數(shù)學(xué)模型所需要數(shù)據(jù)元素，收集與模型系統(tǒng)關(guān)于數(shù)據(jù)。依照數(shù)學(xué)模型建立系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真模型，收集數(shù)據(jù)，擬定其中各子模塊構(gòu)造，輸入輸出接口，輸入輸出數(shù)據(jù)表達(dá)形式，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式等。然后編制相應(yīng)程序流程，用MATLAB語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。仿真模型驗(yàn)證目是擬定計(jì)算機(jī)仿真模型與否精確表達(dá)了數(shù)學(xué)模型。仿真模型驗(yàn)證普通辦法是將數(shù)學(xué)模型解析成果（或理論成果）與仿真所得到數(shù)值成果相比較來(lái)完畢；或通過(guò)已知系統(tǒng)輸入輸出成果，對(duì)比在相似條件下系統(tǒng)仿真成果來(lái)驗(yàn)證仿真模型對(duì)的性。依照仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算，并在執(zhí)行計(jì)算過(guò)程中理解仿真模型對(duì)于各種不同輸入信號(hào)以及不同參數(shù)和仿真機(jī)制下輸出，得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而預(yù)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際環(huán)境中運(yùn)營(yíng)狀況。對(duì)仿真模型運(yùn)營(yíng)階段所產(chǎn)生數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其目是從運(yùn)營(yíng)階段所產(chǎn)生數(shù)據(jù)中找出系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)規(guī)律，對(duì)仿真系統(tǒng)性能做出評(píng)價(jià)，為系統(tǒng)方案最后決策提供輔助支持。對(duì)仿真成果進(jìn)行分析，對(duì)仿真數(shù)據(jù)可靠性、一致性、置信度等做出鑒定，最后將仿真成果以曲線、圖表和文字等形式形成論文。第3章超寬帶無(wú)線調(diào)制技術(shù)發(fā)射超寬帶（UWB）信號(hào)最慣用和最老式辦法是發(fā)射時(shí)域上很短脈沖。這種傳播技術(shù)稱為“沖激無(wú)線電”（IMpulseRadio,簡(jiǎn)寫為IR）。信息數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制方式可以有各種。脈沖位置調(diào)制（PPM）和脈沖幅度調(diào)制（PAM）是最慣用兩種調(diào)制方式。除了要對(duì)脈沖進(jìn)行調(diào)制外，為了形成所產(chǎn)生信號(hào)頻譜，還要用偽隨機(jī)碼或偽隨機(jī)噪聲（PN）對(duì)數(shù)據(jù)符號(hào)進(jìn)行編碼。普通是，編碼后數(shù)據(jù)符號(hào)引起脈沖在時(shí)間軸上偏移，這就是所謂跳時(shí)超寬帶（TH-UWB，TiMe-HoppingUWB）。直接序列擴(kuò)譜（DS-SS）就是編碼后數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)基本脈沖幅度進(jìn)行調(diào)制，這在沖激無(wú)線電（IR）中被稱為直接序列超寬帶（DS-UWB，DIRect-SequenceUWB），這種調(diào)制方式似乎非常有吸引力。對(duì)于超寬帶信號(hào)，也可以通過(guò)很高數(shù)據(jù)速率來(lái)產(chǎn)生而主線不需要具備脈沖特性。只要UWB定義所規(guī)定相對(duì)帶寬或最小帶寬在整個(gè)傳播過(guò)程中得到滿足，那么，靠發(fā)射高速率數(shù)據(jù)而不是窄脈沖所產(chǎn)生具備UWB射頻帶寬系統(tǒng)，就不應(yīng)當(dāng)被排除在UWB系統(tǒng)之外。諸如正交頻分復(fù)用（OFDM），在數(shù)據(jù)速率恰當(dāng)狀況下也可產(chǎn)生UWB信號(hào)。因而，OFDM也是一種超寬帶調(diào)制方式。本文重要討論TH-UWB、DS-UWB和OFDM調(diào)制方式。3.1

PPM-TH-UWB調(diào)制方式3.1.1

跳時(shí)超寬帶信號(hào)產(chǎn)生在結(jié)合了二進(jìn)制PPMTH-UWB(二進(jìn)制PPM-TH-UWB或PPM-TH-UWB)中，UWB信號(hào)產(chǎn)生可以系統(tǒng)地描述如下(參見圖4-1描繪發(fā)射鏈路)。

SHAPE

/*MERGEFORMAT

圖3-1PPM-TH-UWB信號(hào)發(fā)射方案給定待發(fā)射二進(jìn)制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率Rb=1/Tb(b/s)，圖3-1中第一種模塊使每個(gè)比特重復(fù)Ns次，產(chǎn)生一種二進(jìn)制序列：

(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=(...,a0,a1,…aj,aj+1,…)=a新比特速率Rcb=Ns/Tb=1/Ts(b/s)。這個(gè)模塊引入了冗余，其實(shí)是一種被稱為重復(fù)碼(Ns,1)分組編碼器。普通術(shù)語(yǔ)上稱為信道編碼。第二個(gè)模塊是傳播編碼器，就是應(yīng)用整數(shù)值碼序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)和二進(jìn)制序列a=(…,a0,a1,…,aj,aj+1,…),產(chǎn)生一種新序列d，序列d普通元素表達(dá)式如下：

dj=cjTc+aj

（3-1）式中,Tc和

是常量，對(duì)所有cj滿足條件cjTc+

<Ts，普通

<Tc。這里d是一種實(shí)數(shù)值序列，而a是二進(jìn)制序列，c是整數(shù)值序列.當(dāng)前咱們遵循最慣用辦法，假定c是公司界隨機(jī)碼序列，它元素cj是整數(shù)，且滿足0

cj

Nh-1。碼序列c也許為周期序列，其周期表達(dá)為Np。兩種特殊狀況值得討論。第一種,碼是非周期，即；第二種是Np=Ns，這是最慣用一種，這時(shí)編碼周期與二進(jìn)制碼重復(fù)次數(shù)相等。咱們必要緊記：傳播編碼扮演了碼分多址編碼和發(fā)射信號(hào)頻譜形成雙重角色。實(shí)數(shù)值序列d輸入到第三個(gè)模塊，即PPM調(diào)制模塊，產(chǎn)生了一種速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts(脈沖/s)單位脈沖(DIRacpulses

)序列。這些脈沖在時(shí)間軸上位置為，因而脈沖位置在jTs基本上偏移了dj，注意是碼序列對(duì)c信號(hào)引入了TH位移，也正由于此，c被稱為TH碼。還要注意一點(diǎn)就是由PPM調(diào)制引起位移，普通比TH碼引起位移cjTc小得多，即：，cj=0除外。Tc稱為碼片時(shí)間(chiptiMe)。最后一種模塊是脈沖形成濾波器，其沖激響應(yīng)為。必要保證脈沖形成濾波器輸出脈沖序列不能有任何重疊。

以上所有系統(tǒng)級(jí)聯(lián)后來(lái)輸出信號(hào)

比特間隔或比特持續(xù)時(shí)間，也即用于傳播一種比特時(shí)間Tb，可表達(dá)為：Tb=Nsts。在式(4-2)中，cjtc定義了脈沖隨機(jī)性或者說(shuō)是相對(duì)于Ts整數(shù)倍時(shí)刻抖動(dòng)。如果用隨機(jī)TH抖動(dòng)來(lái)表達(dá)由TH編碼cjtc引起時(shí)間上位移，并假定在0和

之間分布，

正如前面提到，普通遠(yuǎn)不不大于

。這兩個(gè)量整體效果是產(chǎn)生一種分布在0和

之間時(shí)間隨機(jī)位移量，用表達(dá)這個(gè)時(shí)間隨機(jī)位移，可得發(fā)射信號(hào)如下表達(dá)式：更普通性地概括式(4-2)所示信號(hào)，其思想是：對(duì)于信息比特“0”和“1”，可以發(fā)射兩個(gè)不同脈沖波形和來(lái)分別表達(dá)。上面分析PPM調(diào)制例子，引入了這個(gè)時(shí)間位移量，它值依照它所代表比特而有所不同，其實(shí)是上述思想特殊例子，其中是

位移后來(lái)波形。一種更普通表達(dá)式：當(dāng)將設(shè)立為-時(shí)，式(4-5)也表達(dá)了PAM和TH-UWB結(jié)合，即PAM-TH-UWB模型。3.1.2

PPM-TH-UWB發(fā)射鏈路

系統(tǒng)模型如圖3-2所示SHAPE

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圖3-2

PPM-TH-UWB發(fā)射器系統(tǒng)模型圖3-2中第一種模塊表達(dá)二進(jìn)制源。這個(gè)模塊輸出是發(fā)射到物理信道二進(jìn)制流。第二個(gè)模塊表達(dá)重復(fù)碼編碼器。二進(jìn)制流每一種比特都被重復(fù)次。第三個(gè)模塊仿真TH編碼和二進(jìn)PPM。這里考慮偽隨機(jī)TH碼。最后一種模塊是脈沖形成。這個(gè)模塊沖激響應(yīng)表達(dá)要發(fā)射UWB信號(hào)基本脈沖波形。3.1.3

PPM-TH-UWB仿真成果及其分析

圖（3-3）顯示了參數(shù)設(shè)立如下時(shí)所產(chǎn)生UWB信號(hào)

以dBM為單位平均發(fā)射功率Pow，信號(hào)抽樣頻率fc，由二進(jìn)制源產(chǎn)生比特?cái)?shù)nuMbits，

平均脈沖重復(fù)時(shí)間Ts（單位為秒），每個(gè)比特映射脈沖數(shù)Ns，

碼片時(shí)間Tc（秒），

跳時(shí)碼碼元最大值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）。Stx：Pow=-30,

fc=50e9,

nuMbits=2,

Ts=3e-9,

Ns=5,Tc=1e-9,

Nh=3,

Np=5,

TM=0.5e-9,

tau=0.25e-9,dPPM=0.5e-9

由圖3-3中可以看到輸出序列前五個(gè)脈沖在其相應(yīng)時(shí)隙中間位置，而后五個(gè)脈沖則在其相應(yīng)時(shí)隙起始位置。

圖3-3

PPM-TH-UWB發(fā)射機(jī)產(chǎn)生信號(hào)圖3-4

PPM-TH-UWB幅度譜由圖4-4可以看出，TH編碼和PPM調(diào)制都對(duì)幅度譜高斯形狀產(chǎn)生扭曲。PPM-TH-UWB信號(hào)幅度譜將完全包括在無(wú)TH編碼和無(wú)PPM調(diào)制幅度譜包絡(luò)中，這是由于以同樣形狀和同樣平均功率傳播等間隔脈沖成果。

3.2

PAM-DS-UWB調(diào)制方式3.2.1直接序列超寬帶信號(hào)產(chǎn)生直接序列擴(kuò)譜（DS-SS）是一種知名數(shù)字調(diào)制方式。這里，咱們先回顧DS-SS基本原理，并把重要精力放在它在UWB延伸方面。具備UWB特性信號(hào)可以通過(guò)下面過(guò)程產(chǎn)生：一方面，用偽隨機(jī)碼或二進(jìn)制PN碼序列對(duì)要發(fā)射二進(jìn)制進(jìn)行編碼；另一方面，對(duì)一串窄脈沖進(jìn)行幅度調(diào)制。這一過(guò)程可以看做是當(dāng)前使用DS-SS系統(tǒng)一種極端方式，此時(shí)脈沖在時(shí)域上是具備典型時(shí)間奈奎斯特型脈沖或方波。讓脈沖寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不大于切普間隔，很容易得到DS-SS-UWB解析表達(dá)式。在老式DS-SS系統(tǒng)中，RF發(fā)射信號(hào)是對(duì)載波進(jìn)行幅度調(diào)制后得到，普通使用二進(jìn)制相移鍵控BPSK方式。而在DS-UWB中，如果沒有專門規(guī)定，這一過(guò)程可省略。更詳細(xì)地，上述信號(hào)可以通過(guò)如下過(guò)程產(chǎn)生（見圖所示發(fā)射鏈路）。

SHAPE

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圖3-5

PAM-DS-UWB信號(hào)發(fā)射方案假定待發(fā)射二進(jìn)制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率為Rb=1/Tb(b/s)，圖4-5中第一種系統(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)。與TH方式相似，系統(tǒng)引入冗余相稱于一種參數(shù)為(Ns,1)重復(fù)碼編碼器。第二個(gè)系統(tǒng)將a*序列轉(zhuǎn)換成只具有正值和負(fù)值元素序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)發(fā)射編碼器將一種由1構(gòu)成、周期為Np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)生一種新序列d=a·c，其構(gòu)成元素dj=ajcj。普通假定Np等于Ns，更具普通性假定是Np等于Ns整數(shù)倍。注意，序列d元素值為1，這一點(diǎn)與序列a相似，其速率為Rc=Ns/Tb=1/Ts(b/s)。序列d進(jìn)入第三個(gè)系統(tǒng)——PAM調(diào)制器，產(chǎn)生一種速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts

（脈沖/s）單位脈沖（DIRac脈沖

）序列，其位置在jTs處。調(diào)制器輸出信號(hào)進(jìn)入沖洲響應(yīng)為p(t)脈沖形成濾波器。在老式DS-SS系統(tǒng)中，沖激響應(yīng)p(t)是持續(xù)時(shí)間為Ts矩形脈沖。而在DS-UWB系統(tǒng)中，與TH方式相似，p(t)是持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)不大于Ts脈沖。注意，與TH方式相似，比特間隔或比特持續(xù)時(shí)間，即傳播一種比特所用時(shí)間是Tb=NsTs。輸出波形顯然是一種PAM波形。很容易懂得，由于沒有時(shí)移并且脈沖以規(guī)則時(shí)間間隔浮現(xiàn)，計(jì)算式(3-6)所示信號(hào)PSD要比計(jì)算式(3-2)所示信號(hào)PSD更容易。上述方式一種變形是使用PPM調(diào)制器代替PAM調(diào)制器由于碼偽隨機(jī)特性，編碼會(huì)起到白化頻譜作用。3.2.2

PAM-DS-UWB

發(fā)射鏈路

其系統(tǒng)模型如圖3-6所示.

SHAPE

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圖3-6

PAM-DS-UWB發(fā)射機(jī)系統(tǒng)模型圖3-6中前兩個(gè)模塊分別表達(dá)二進(jìn)制源和重復(fù)碼編碼器。第三個(gè)模塊是在重復(fù)碼編碼器輸出端實(shí)現(xiàn)DS編碼和二進(jìn)制PAM調(diào)制。咱們考慮偽隨機(jī)DS碼，分派給普通顧客是長(zhǎng)度為NP二進(jìn)制碼序列。最后一種模塊是脈沖形成器。PAM-DS-UWB仿真成果及其分析圖3-7由PAM-DS-UWB發(fā)射機(jī)產(chǎn)生信號(hào)圖（3-7）顯示了參數(shù)設(shè)立如下時(shí)所產(chǎn)生UWB信號(hào)

以dBM為單位平均發(fā)射功率Pow，信號(hào)抽樣頻率fc，由二進(jìn)制源產(chǎn)生比特?cái)?shù)nuMbits，平均脈沖重復(fù)時(shí)間Ts（單位為秒），每個(gè)比特映射脈沖數(shù)Ns，

碼片時(shí)間Tc（秒），跳時(shí)碼碼元最大值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）。Stx：Pow=-30,

fc=50e9,

nuMbits=2,

Ts=2e-9,

Ns=10,

Np=10,

TM=0.5e-9，

tau=0.25e-9,這個(gè)信號(hào)由兩組脈沖序列構(gòu)成，每組包括10個(gè)脈沖，每組映射信息源一種比特。從圖4-7中可以看出每二組10個(gè)脈沖與第一組10個(gè)脈沖在極性上是相反。圖4-8

PAM-DS-UWB幅度譜由圖4-8可以看出，幅度譜包絡(luò)具備基本脈沖傅氏變換形狀，即高斯形狀。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。

3.3OFDM調(diào)制技術(shù)3．3．1概述多頻帶（MB）方式與本章前兩節(jié)分析研究IR原理不同。依照，F(xiàn)CC發(fā)布UWB定義，帶寬超過(guò)500MHz信號(hào)都是UWB信號(hào)。因而，按照FCC規(guī)定頻帶范疇3.1~10.6GHz，將此7.5GHz帶寬分割成最小帶寬為500MHz若干個(gè)頻帶。為了盡量減小同窄帶通信系統(tǒng)互相干擾，UWB采用較小功率，于是UWB信號(hào)對(duì)于窄帶通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)相稱于熱噪聲，并不被窄帶通信系統(tǒng)接受機(jī)檢測(cè)到，也可以避免特定頻帶上非人為干擾。在每個(gè)子頻帶內(nèi)可以使用不同數(shù)據(jù)調(diào)制類型，并不一定要用IR方式，對(duì)的頻譜帶寬可以通過(guò)適當(dāng)比特速率實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用最廣泛是眾所周知正交頻分復(fù)用（OFDM）。3．3．2多頻段OFDM-UWB信號(hào)產(chǎn)生

一種已調(diào)OFDM信號(hào)由調(diào)制在不同載波頻率上同個(gè)并行發(fā)射信號(hào)構(gòu)成。這些載波等間隔地位于頻域上，其間隔為。OFDM調(diào)制器輸入二進(jìn)制序列每K比特編為一組，以產(chǎn)生具備N個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)塊,這里假定是L個(gè)也許取值中一種，K=N1bL。最后，每個(gè)符號(hào)調(diào)制一種不同載波。為了并行傳播數(shù)據(jù)塊N個(gè)符號(hào)，不同調(diào)制載波信號(hào)在頻率上必要正交。所有調(diào)制器使用相似矩形波，其持續(xù)時(shí)間為T。如果符號(hào)在星座圖中點(diǎn)用OFDM信號(hào)中有N個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)塊，而相應(yīng)復(fù)包絡(luò)，S（t）是周期為T0周期函數(shù)。OFDM信號(hào)數(shù)字變換相稱于傳播式中復(fù)數(shù)包絡(luò)抽樣值，也就是說(shuō)傳播序列tc是抽樣周期。仿真OFDM調(diào)制信號(hào)，考慮是OFDM各個(gè)載波使用QPSK調(diào)制狀況。仿真整個(gè)發(fā)射鏈路，產(chǎn)生式（4-9）信號(hào)。3．3．3

OFDM仿真成果及其分析要發(fā)射總比特?cái)?shù)numbits；調(diào)制信號(hào)中心頻率fp；抽樣頻率fc;每個(gè)符號(hào)在其相應(yīng)載波上傳播時(shí)間T0；循環(huán)前綴持續(xù)時(shí)間TP；保護(hù)間隔時(shí)間TG,矩形脈沖響應(yīng)幅度為A，OFDM系統(tǒng)子載波數(shù)N。(1)

nuMbits=8；

fp=1e9;

fc=50e9;

T0=242.4e-9；TP=60.6e-9;

TG=70.1e-9;

A=1;

N=4；圖3-9

OFDM-UWB信號(hào)圖3-10OFDM-UWB幅度譜圖3-10中幅度譜由子載波幅度譜疊加而成。(2)nuMbits=8；

fp=1e9;

fc=50e9;

T0=242.4e-9；TP=0;

TG=50e-9;

A=1;

N=2;

圖3-11OFDM-UWB信號(hào)圖圖3-11OFDM-UWB信號(hào)幅度譜對(duì)比以上兩圖，可以看出，在同樣時(shí)間里為了傳播更多符號(hào)，是以增長(zhǎng)帶寬為代價(jià)，也就是增長(zhǎng)子載波數(shù)量。3.4

總結(jié)

通過(guò)一系列仿真,咱們可以得出如下結(jié)論:PAM、PPM兩種調(diào)制辦法重要是為了進(jìn)行信息數(shù)據(jù)符號(hào)對(duì)脈沖調(diào)制，而信號(hào)中偽隨機(jī)TH碼和DS碼重要是為了產(chǎn)生信號(hào)頻譜，使信號(hào)功率譜密度在采用偽隨機(jī)碼調(diào)制后變得更加平滑，不能干擾到其他已經(jīng)存在窄帶系統(tǒng)。OFDM具備良好抗多徑干擾性能，通過(guò)頻率合理選取，可以同現(xiàn)存窄帶系統(tǒng)和開放頻段通信系統(tǒng)具備較好共存性，同老式超寬帶系統(tǒng)相比有很大優(yōu)勢(shì)。

第4章性能分析及應(yīng)用前景4.1脈位調(diào)制(PPM)和脈幅調(diào)制(PAM)脈位調(diào)制(PPM)是一種運(yùn)用脈沖位置承載數(shù)據(jù)信息調(diào)制方式。按照采用離散數(shù)據(jù)符號(hào)狀態(tài)數(shù)可以分為二進(jìn)制PPM(2PPM)和多進(jìn)制(MPPM)。在這種調(diào)制方式中，一種脈沖重復(fù)周期內(nèi)脈沖也許浮現(xiàn)位置有2個(gè)或M個(gè)，脈沖位置與符號(hào)狀態(tài)一一相應(yīng)。依照相鄰脈位之間距離與脈沖寬度之間關(guān)系，又可分為某些重疊PPM和正交PPM（OPPM）。在某些重疊PPM中，為保證系統(tǒng)傳播可靠性，普通選取相鄰脈位互為脈沖自有關(guān)函數(shù)負(fù)峰值點(diǎn)，從而使相鄰符號(hào)歐氏距離最大化。在OPPM中，普通以脈沖寬度為間隔擬定脈沖位置。接受機(jī)運(yùn)用有關(guān)器在相應(yīng)位置進(jìn)行相干檢測(cè)。鑒于UWB系統(tǒng)復(fù)雜度和功率限制，實(shí)際應(yīng)用中，慣用調(diào)制方式為2PPM或2OPPM。PPM長(zhǎng)處在于：它僅需要依照數(shù)據(jù)符號(hào)控制脈沖位置，不需要進(jìn)行脈沖幅度和極性控制，便于以較低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)。因而，PPM是UWB系統(tǒng)廣泛采用調(diào)制方式。但是，由于PPM信號(hào)為單極性，其輻射譜中往往存在幅度較高離散譜線。對(duì)此超寬帶信號(hào)幅度譜仿真也證明了這一點(diǎn)。如果不對(duì)這些譜線進(jìn)行抑制，將很難滿足FCC對(duì)輻射譜規(guī)定。脈幅調(diào)制（PAM）是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最為慣用調(diào)制方式之一。在UWB系統(tǒng)中，考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和功率有效性，不適當(dāng)采用多進(jìn)制PAM（MPAM）。UWB系統(tǒng)慣用PAM有兩種方式：開核心控（OOK）和二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）。前者可以采用非相干檢測(cè)減少接受機(jī)復(fù)雜度，而后者采用相干檢測(cè)可以更好地保證傳播可靠性。