通信專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)報(bào)告范文目錄1.超寬帶簡(jiǎn)介及其產(chǎn)生背景2.超寬帶無(wú)線通信技術(shù)2.1.UWB信號(hào)的定義2.2.UWB技術(shù)特點(diǎn)2.3.基帶傳輸系統(tǒng)2.4.載波調(diào)制系統(tǒng)2.5.systemview簡(jiǎn)介3.DS-CDMAUWB系統(tǒng)3.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路3.2.系統(tǒng)基本原理3.3.系統(tǒng)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)3.4.發(fā)射機(jī)仿真4.MB-OFDMUWB系統(tǒng)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路4.2OFDM基本原理4.3系統(tǒng)基本原理4.4發(fā)射機(jī)仿真5.性能分析5.1.發(fā)射機(jī)性能比較5.2.比較結(jié)果6.總結(jié)與展望6.1.總結(jié)6.2.展望1.超寬帶簡(jiǎn)介及其產(chǎn)生背景寬帶技術(shù)最早開始于十九世紀(jì)。當(dāng)時(shí)馬可尼研制的火花間隙無(wú)線電目的是用于傳送莫爾斯電碼，但是驚奇的發(fā)現(xiàn)該信號(hào)占據(jù)了很寬的頻帶。到1942年，由于這種無(wú)線電的射頻輻射無(wú)法自由控制，所以只允許其存在于少量的應(yīng)用中。現(xiàn)代意義上的超寬帶無(wú)線電技術(shù)出現(xiàn)于二十世紀(jì)六十年代，到80年代后期，該技術(shù)被稱為脈沖無(wú)線電技術(shù)（IR），但是其應(yīng)用范圍相當(dāng)局限，僅限于軍事、雷達(dá)等方面。美國(guó)國(guó)防部在1989年首次將脈沖無(wú)線電命名為“超寬帶”，為了研究這一技術(shù)，組織了一個(gè)UWB開發(fā)的專家機(jī)構(gòu)。1994年以后，UWB進(jìn)入開放式開發(fā)階段，促進(jìn)了UWB向民用的發(fā)展。第一個(gè)關(guān)于超寬帶無(wú)線通信的規(guī)范是由美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC在2002年發(fā)布，在這個(gè)規(guī)范中準(zhǔn)許了超寬帶技術(shù)的民用。超寬帶技術(shù)成為通信領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，也推動(dòng)了超寬帶實(shí)現(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如直接序列擴(kuò)頻、直接序列碼分多址、多頻帶頻分復(fù)用。UWB系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)，它采用納秒級(jí)的脈沖序列來(lái)傳輸信號(hào)，在頻域上可以獲得非常寬的傳輸帶寬。根據(jù)香農(nóng)定理，當(dāng)信號(hào)帶寬足夠大時(shí)候，可以減小信噪比（SNR），任然保持高傳輸率。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率很低，以至于信號(hào)的功率譜密度非常低，湮沒(méi)在各種噪聲中，因此對(duì)其他已經(jīng)存在的信號(hào)系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生干擾，同時(shí)也體現(xiàn)了自身的隱蔽性。超寬帶系統(tǒng)一般應(yīng)用于短距離范圍內(nèi)，當(dāng)發(fā)射功率為幾毫瓦時(shí)，在20米以內(nèi)的距離，信號(hào)傳輸率可達(dá)幾Gbit/s。其系統(tǒng)的射頻前端、信號(hào)處理部件都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，所以系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本較低。這種低成本、低功耗、高容量的系統(tǒng)解決了一般無(wú)線通信系統(tǒng)的難題。超寬帶信號(hào)在頻域上覆蓋了很寬的頻帶，與現(xiàn)有的很多通信系統(tǒng)所占用的頻段重疊，因此FCC對(duì)超寬帶系統(tǒng)的功率譜進(jìn)行嚴(yán)格的控制，避免對(duì)其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。FCC把超寬帶頻帶限制在3.1~10.6GHz，這樣超寬帶信號(hào)相對(duì)于其他系統(tǒng)來(lái)說(shuō)相當(dāng)于白噪聲。相比于藍(lán)牙、紅外技術(shù)，超寬帶的傳輸速度是無(wú)人能及的，但是超寬帶也有致命弱點(diǎn)，隨著距離的增大，傳輸速度急劇下降，在民用方面其有效距離一般不超過(guò)10m，在軍用方面較一般民用傳輸距離稍大。2.超寬帶無(wú)線通信技術(shù)2.1.UWB信號(hào)的定義超寬帶信號(hào)是指信號(hào)的射頻帶寬大于中心頻率0.2或者總帶寬超過(guò)500MHz。超寬帶的定義也不是嚴(yán)格意義上的20%，美國(guó)國(guó)防部對(duì)超寬帶的定義就是相對(duì)帶寬大于25%，也有的是10%左右。傳統(tǒng)的超寬帶是采用沖激脈沖來(lái)傳送信息的，由FFC對(duì)超寬帶的定義可以看出，只要滿足上述條件的任何形式的系統(tǒng)都可以稱之為超寬帶系統(tǒng)，也可以是非沖激脈沖方案。2.2.UWB技術(shù)特點(diǎn)（1）占有頻帶寬，傳輸率高UWB是擴(kuò)頻碼的擴(kuò)頻技術(shù)，它使用納秒級(jí)的沖激脈沖，根據(jù)其傅里葉變換可以知，其在頻域上占有很寬的帶寬。FCC規(guī)定現(xiàn)有的超寬帶占用的頻帶范圍為3.1GHz~10.6GHz，隨著技術(shù)的發(fā)展，該范圍可能進(jìn)一步擴(kuò)大。由香農(nóng)公式可以推出帶寬和傳輸率的關(guān)系：C=B*log2（1+S/N）式中，C表示信道容量，B表示信號(hào)的帶寬，S是信號(hào)功率，N是噪聲功率?？梢钥闯鲂诺廊萘緾是正比于信號(hào)的帶寬B，因?yàn)槌瑢拵У男盘?hào)帶寬很大，所以在信噪比P/N選擇合適的值的時(shí)候能保證系統(tǒng)的高傳輸率下進(jìn)行可靠的傳輸，比其他系統(tǒng)有更大的容量。超寬帶系統(tǒng)與其他系統(tǒng)性能比較如圖所示：（2）功耗低、成本低UWB無(wú)需要使用載波，所以UWB發(fā)射器省略了功率放大器和混頻器,這樣脈沖超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射端結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)中的電路都能集成到一塊芯片上，相對(duì)于其他系統(tǒng)而言，超寬帶系統(tǒng)成本大大降低了。UWB的接收機(jī)也不用中頻處理，也使接收端的結(jié)構(gòu)和成本降低了。UWB采用占空比極低的脈沖來(lái)發(fā)送信號(hào)，系統(tǒng)的功耗很低。實(shí)際工程應(yīng)用中功耗范圍一般在幾mW到幾十mW之間，延長(zhǎng)了電源的使用壽命，對(duì)人體的輻射也比較小，比其他設(shè)備有一定的優(yōu)越性。（3）多徑分辨能力強(qiáng)多徑分辨能力是指在無(wú)線信道中，存在各種障礙物，造成了信號(hào)的反射和折射，信號(hào)相當(dāng)于經(jīng)過(guò)個(gè)路徑抵達(dá)接收機(jī)，接收機(jī)收到這些信號(hào)后進(jìn)行疊加，由于各個(gè)信號(hào)的衰減程度不同，到達(dá)的時(shí)間也不相同，所以疊加的信號(hào)會(huì)有一定的衰落。UWB信號(hào)能夠?qū)苟鄰叫?yīng)，它采用納秒級(jí)脈沖，時(shí)間分辨精度較高，多徑信號(hào)相互之間可以看成是獨(dú)立的信號(hào)，只要采用分集接收就能提高系統(tǒng)抗多徑能力。（4）定位精度高，穿透能力強(qiáng)超寬帶信號(hào)的帶寬能夠達(dá)到GHz數(shù)量級(jí)，因此定位精度強(qiáng)于其他系統(tǒng)，隨著脈沖寬度的縮小，定位精度越高。超寬帶系統(tǒng)在通信的同時(shí)能完成定位，這使得超寬帶系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛。研究人員通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)表明，超寬帶無(wú)線電具有很強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)，野外、水中和地下進(jìn)行精確的定位。（5）抗干擾性強(qiáng)，保密性好超寬帶系統(tǒng)可以采用很低的發(fā)射功率，又因?yàn)槠漕l帶很寬，所以功率譜密度很低，近似于甚至低于噪聲信號(hào)，很難被截獲，具有良好的保密性和抗干擾性。如果采用占空比極低的超短脈沖發(fā)送信息，就可以通過(guò)時(shí)間窗來(lái)過(guò)濾其他的干擾信號(hào)，這樣能進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾性。2.3.基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)采用超短脈沖傳遞信息，這些經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)已經(jīng)達(dá)到射頻段，可以不需頻譜搬移而直接進(jìn)行發(fā)射。系統(tǒng)通常采用的調(diào)制方式有脈沖位置調(diào)制(PPM)、二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)、脈沖幅度調(diào)制(PAM)等。系統(tǒng)原理如圖所示。由圖可以看出超寬帶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比窄帶和寬帶系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單很多。UWB脈沖生成器能產(chǎn)生周期性的超短脈沖。在數(shù)據(jù)調(diào)制模塊中，用戶信息與該用戶對(duì)應(yīng)的偽隨機(jī)序列進(jìn)行合成，每個(gè)用戶都對(duì)應(yīng)不同的偽隨機(jī)序列，用來(lái)區(qū)別該用戶地址，即多址通信。合成后的信號(hào)經(jīng)過(guò)沖激序列的調(diào)制，由于調(diào)制后的信號(hào)已經(jīng)在射頻段，所以避免了通過(guò)載波的頻譜搬移，最后經(jīng)過(guò)濾波器、功率放大器等耦合到天線上并發(fā)射出去。系統(tǒng)所需的超短脈沖可以有多種形式，然而脈沖的選擇是至關(guān)重要的，因?yàn)楣β首V密度受到脈沖波形的影響。目前常用的有高斯脈沖及其各階倒數(shù)信號(hào)、升余弦脈沖、拉普拉斯脈沖等。最常用的脈沖波形是高斯脈沖或者其微分形式，因?yàn)樵谶@些脈沖中，最容易產(chǎn)生的脈沖就是高斯脈沖，這種波形只有一個(gè)脈沖周期，一般稱之為單周期脈沖信號(hào)（Monocycle）。單周期超短脈沖脈沖信號(hào)的上升沿和下降沿極為陡峭，所以擁有極寬的頻譜。與之對(duì)應(yīng)的，如果是由多個(gè)單周期脈沖形成的脈沖序列，則稱之為多周期脈沖（polycycle）。高斯脈沖的時(shí)域圖和頻譜圖如圖2.5中（a）和（b）所示：2.4.載波調(diào)制系統(tǒng)傳統(tǒng)的基帶通信（IR體制）有一定的局限性，頻譜利用率很低，而且只能通過(guò)調(diào)整脈沖的時(shí)間寬度來(lái)優(yōu)化。隨著技術(shù)的發(fā)展，載波調(diào)制系統(tǒng)的出現(xiàn)替代了基帶傳輸系統(tǒng)，載波調(diào)制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)制載波將信號(hào)搬移到合適的頻段，這打破了基帶傳輸?shù)木窒扌裕诡l帶的利用率大大提高。常用的兩種載波調(diào)制系統(tǒng)是DS-CDMAUWB和MB-OFDMUWB。其中前者是單帶傳輸方式，Motorola/XtremeSpectrum是單帶傳輸?shù)闹С终撸缓笳呤嵌鄮鬏敺绞?，支持者包括Staccato通信、因特爾、德州儀器、GeneralAtomics和TimeDomain公司。多帶傳輸就是將3.1GHz~10.6GHz整個(gè)頻帶分成小的相互不重疊的頻段，但是要保證每個(gè)頻段的帶寬大于500MHz，這滿足FCC對(duì)超寬帶的定義。MB-OFDMUWB是OFDM技術(shù)在超寬帶系統(tǒng)中的應(yīng)用，也是對(duì)OFDM技術(shù)的演進(jìn)。這兩項(xiàng)技術(shù)各有優(yōu)勢(shì)，至今都未能決定哪個(gè)作為UWB的物理層協(xié)議。2.5.systemview簡(jiǎn)介本文中，我們將對(duì)DS-CDMAUWB和MB-OFDMUWB系統(tǒng)進(jìn)行仿真，選用的仿真平臺(tái)是systemview。systemview是美國(guó)ELANIX公司推出的一款電路和通信系統(tǒng)的可視化仿真軟件。該軟件的運(yùn)行環(huán)境是Windows操作系統(tǒng)，它能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，界面友好、使用方便。Systemview仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)：（1）能仿真各種應(yīng)用系統(tǒng)，如通信、控制系統(tǒng)。（2）快速的動(dòng)態(tài)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶只需要根據(jù)自己的需求，點(diǎn)擊鼠標(biāo)來(lái)添加或者刪除圖符、改變圖符參數(shù)等，快速運(yùn)行后就能實(shí)時(shí)的顯示用戶要關(guān)注的信號(hào)。（3）能提供層次化的設(shè)計(jì)思路。對(duì)于一個(gè)完整的大項(xiàng)目，可以分為多個(gè)層次來(lái)設(shè)計(jì)，通過(guò)利用圖符MetaSystem（子系統(tǒng)）就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能（4）允許多種數(shù)據(jù)采樣率在同一系統(tǒng)中并存，也就是同時(shí)具有低頻和高頻通信的系統(tǒng)，但是不會(huì)影響仿真的精度。（5）完備的信號(hào)分析工具和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。在仿真過(guò)程中能自我診斷，提示用戶參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，連接是否出錯(cuò)。（6）良好的擴(kuò)展性能。用戶插入用C/C++編寫的代碼庫(kù)，集成到軟件中，同內(nèi)在的庫(kù)一樣使用。3.DS-CDMAUWB系統(tǒng)3.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路DS-CDMAUWB延續(xù)了傳統(tǒng)IR-UWB體制，它由DS-UWB的脈沖相位調(diào)制方式發(fā)展而來(lái)，使用載波進(jìn)行調(diào)制，采用超短脈沖傳輸信號(hào)。這些超短脈沖在時(shí)域上通常是納秒級(jí)的，與此對(duì)應(yīng)的在頻譜上占據(jù)極寬的頻帶。傳統(tǒng)的IR-UWB體制中沒(méi)有使用頻譜搬移，含有大量的低頻分量。在通信過(guò)程中不滿足FCC對(duì)輻射的限制，DS-UWB和DS-CDMAUWB解決了這個(gè)難題。FCC對(duì)超寬帶開放的頻譜范圍是3.1GHz~10.6GHz，DS-CDMA將這個(gè)頻段劃分為兩個(gè)頻帶，其中低頻段為3.1GHz~5.15GHz，高頻段為5.825GHz~10.6GHz，如圖3.1所示。圖3.1DS-CDMA頻帶劃分這兩個(gè)頻段之間沒(méi)有利用的部分是為了避免對(duì)美國(guó)信息基礎(chǔ)設(shè)施（UNII）和IEEE802.11a產(chǎn)生干擾。低頻段和高頻段位于802.11a的兩邊，UWB信號(hào)可以在這兩個(gè)頻段上分別傳輸或者同時(shí)傳輸。低頻段數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到28.5Mbit/s~400Mbit/s；高頻段數(shù)據(jù)傳輸率可以達(dá)到57Mbit/s~800Mbit/s；高低頻段同時(shí)使用的時(shí)候可以達(dá)到1.2Gbit/s。超寬帶脈沖是由電路產(chǎn)生的周期重復(fù)的脈沖序列，本身不攜帶任何信息，要想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸就需要通過(guò)調(diào)制將信息加載到脈沖上。脈沖調(diào)制方式有多種多樣，根據(jù)攜帶信息可以劃分為多址調(diào)制和數(shù)據(jù)信息調(diào)制。常用的數(shù)據(jù)信息調(diào)制方式有開關(guān)鍵控、脈沖幅度調(diào)制、脈沖位置調(diào)制、二進(jìn)制相位調(diào)制以及以上調(diào)制方式的各種組合方式，PAM調(diào)制方式能同時(shí)改變脈沖的極性和脈沖的幅度大小，BPSK和OOK是PAM的兩種特殊形式，與PAM不同PPM是通過(guò)改變?nèi)我鈨蓚€(gè)發(fā)射脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)傳輸信息；多址調(diào)制有兩種常用的方式：跳時(shí)調(diào)制方式（TH，TimeHopping）和直接擴(kuò)頻調(diào)制方式（DS，DirectSequenceSpread），TH方式給不同的用戶分配不同的跳時(shí)碼，避免各用戶之間產(chǎn)生干擾，而DS方式是通過(guò)正交性控制脈沖實(shí)現(xiàn)多址。大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，TH方式抗遠(yuǎn)近效應(yīng)的能力強(qiáng)于DS方式，而且隨著用戶數(shù)量的增加，這種優(yōu)勢(shì)愈加明顯。然而TH受到占空比的限制，因此不能滿足當(dāng)今高傳輸率的要求，DS方式可以結(jié)合現(xiàn)有的CDMA技術(shù)，成為研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。3.2.系統(tǒng)基本原理DS-CDMAUWB系統(tǒng)中，傳輸信息的載體是占空比小于0.5的沖激脈沖。實(shí)際傳輸?shù)男盘?hào)的一個(gè)符號(hào)往往使用多個(gè)脈沖來(lái)傳遞。系統(tǒng)的發(fā)射部分和接收部分的基本組成如圖3.2所示。發(fā)射端用戶信息與表示用戶地址的PN碼合成，各個(gè)用戶之間的PN碼是相互正交的，在接收端通過(guò)自相關(guān)性提取目標(biāo)用戶的信息。合成后的信息對(duì)脈沖序列進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制信息通過(guò)功率放大器和載波調(diào)制，將信號(hào)搬移到合適的位置后耦合到天線上發(fā)射出去。接收端是發(fā)射過(guò)程的逆向，即將接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)低噪聲放大器后，與本地產(chǎn)生的脈沖序列和PN碼做相關(guān)運(yùn)算，本地脈沖序列和PN碼與發(fā)射端保持同步，通過(guò)相關(guān)運(yùn)算后可以得到所需要的目標(biāo)用戶信號(hào)，該信號(hào)中含有少量的噪聲信號(hào)，再根據(jù)發(fā)射端的調(diào)制方式對(duì)該信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)發(fā)射端所傳輸?shù)男盘?hào)。圖3.2DS-CDMAUWB系統(tǒng)模型超寬帶系統(tǒng)不同于其他系統(tǒng)采用載波作為信息的載體，它使用超短脈沖序列來(lái)發(fā)送信息，因此對(duì)脈沖波形的選擇是至關(guān)重要的。首先，脈沖寬度必須是納秒級(jí)的，這樣目的是實(shí)現(xiàn)超寬的頻譜。其次，為了使脈沖能量有效的輻射出去，所以要減少直流和低頻分量。另外，為了對(duì)現(xiàn)有的其他系統(tǒng)不產(chǎn)生干擾，F(xiàn)CC對(duì)頻譜功率有一定的限制，因此在設(shè)計(jì)脈沖波形的時(shí)候既要滿足FCC的頻掩蔽，又要保證頻譜的利用率，如圖3.3所示。圖3.3幾種頻譜的比較脈沖產(chǎn)生有幾種方式，在雷達(dá)系統(tǒng)中一般采用快速激活和鈍化半導(dǎo)體開關(guān)或則使用光敏硅開關(guān)，這些高功率設(shè)備常用于軍事通信中。因此在一般的通信應(yīng)用中會(huì)采用一些典型的脈沖生成方式，如隧道二極管、階躍恢復(fù)二極管、漂移階躍恢復(fù)二極管。這些生成脈沖的方式可以歸納為兩類：（1）光電法，光導(dǎo)開關(guān)具有陡峭的上升和下降沿，利用這個(gè)特點(diǎn)能產(chǎn)生脈沖信號(hào)，有些光導(dǎo)開關(guān)甚至能產(chǎn)生皮秒級(jí)的脈沖信號(hào)。（2）電子法，對(duì)晶體管PN結(jié)加上反向偏置電壓，此時(shí)晶體管處于雪崩狀態(tài)，在該狀態(tài)的瞬間產(chǎn)生陡峭的上升沿，整形后可獲得超短脈沖。正如文章前面提到的，很多脈沖信號(hào)都擁有極寬的頻譜，但是最常用的脈沖波形是高斯脈沖或者其微分形式，因?yàn)樵谶@些脈沖中，最容易產(chǎn)生的脈沖就是高斯脈沖，這種波形只有一個(gè)脈沖周期，一般稱之為單周期脈沖信號(hào)。又因?yàn)楦咚姑}沖的各階微分的形式簡(jiǎn)單，便于實(shí)驗(yàn)分析，所以超寬帶系統(tǒng)大多使用高斯脈沖及其微分形式。高斯函數(shù)的表達(dá)式為：其中2πδ2是脈沖形成因子，δ2是方差高斯脈沖的密度函數(shù)為：功率譜密度為：可以看出高斯脈沖含有直流分量P(0)=1。為了使脈沖能量都集中在射頻部分，所以要求脈沖的頻譜不能包含直流分量，同時(shí)也要減少低頻分量，這樣才能提高信號(hào)能量發(fā)射的效用。高斯各階微分形式都滿足這個(gè)要求。因此實(shí)際中常用高斯脈沖的微分形式，表達(dá)式為：式中X表示微分次數(shù)。各階微分的功率譜密度為：可以看出高斯脈沖的各階函數(shù)不含有直流分量，P(0)=0。在信號(hào)的傳輸過(guò)程中，由于各種干擾的影響，信號(hào)波形將遭到破壞，接收端收到被干擾的信號(hào)，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤判決。根據(jù)錯(cuò)誤碼的分布規(guī)律，可以將信道分為三類：突發(fā)信道、隨機(jī)信道、混合信道。突發(fā)信道中，錯(cuò)誤碼是集中出現(xiàn)的，就是很多的錯(cuò)誤碼集中在某個(gè)短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)；隨機(jī)信道中錯(cuò)誤碼是隨機(jī)出現(xiàn)的；混合信道就是隨機(jī)錯(cuò)誤和突發(fā)錯(cuò)誤并存的信道，且都不能忽略。差錯(cuò)控制編碼又可稱之為糾錯(cuò)編碼。現(xiàn)有的糾錯(cuò)編碼種類很多，不同的編碼方法有不同的糾錯(cuò)能力，糾錯(cuò)能力越強(qiáng)，增加的監(jiān)督碼就越多，在一定程度上降低了系統(tǒng)的傳輸效率。在DS-CDMAUWB系統(tǒng)中通常采用RS編碼方式，它是一類具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力的編碼。在(n,k)RS碼中，輸入信號(hào)分成k×m比特一組，每組包括k個(gè)符號(hào)，每個(gè)符號(hào)由m個(gè)比特組成。碼長(zhǎng)n=2m

－1，監(jiān)督元數(shù)r=n?k=2t，能糾正t個(gè)錯(cuò)誤。3.3.系統(tǒng)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)DS-CDMAUWB由沖激無(wú)線電方案中的直接序列擴(kuò)頻的脈沖相位調(diào)制方式發(fā)展而來(lái)，使用了載波調(diào)制?；驹眍愃朴贒S-CDMA通信系統(tǒng)，不同之處是DS-CDMAUWB系統(tǒng)中是采用超短脈沖來(lái)擴(kuò)展頻譜寬度，通過(guò)控制脈沖的寬帶能使頻帶范圍達(dá)到GHz，DS-CDMA則是通過(guò)偽隨機(jī)碼來(lái)獲得較寬的頻帶，當(dāng)提高偽隨機(jī)碼的頻率，頻帶相應(yīng)的增大。在DS-CDMAUWB中也使用了偽隨機(jī)碼，而且通常用正交性較好的gold序列來(lái)劃分不同的用戶。圖3.7為DS-CDMAUWB系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。圖3.7DS-CDMAUWB發(fā)射機(jī)3.4.發(fā)射機(jī)仿真Systemview通信仿真軟件包含的基本的圖符庫(kù)9個(gè)、擴(kuò)展圖符庫(kù)6個(gè)。這些圖符包括連接節(jié)點(diǎn)、信號(hào)源、加法器、子系統(tǒng)、子系統(tǒng)I/O、函數(shù)、算子、乘法器、用戶代碼、接收器、通信庫(kù)、DSP庫(kù)、射頻/模擬庫(kù)、邏輯庫(kù)、MATLAB鏈接。每個(gè)圖符中又包含很多子功能模塊，仿真過(guò)程中，可以根據(jù)需要拖動(dòng)相應(yīng)的圖符到工作界面中，然后選擇里面的模塊，并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)即可。由DS-CDMAUWB的發(fā)射機(jī)模型，實(shí)驗(yàn)對(duì)DS-CDMAUWB中的低頻帶段3.1GHz~5.15GHz進(jìn)行仿真。建立systemview的仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)的圖形如圖3.9所示：圖3.9DS-CDMAUWB仿真系統(tǒng)仿真過(guò)程中系統(tǒng)采樣速率為64GHz，采樣點(diǎn)數(shù)為10240。圖3.13中圖符4表示用戶數(shù)據(jù)信號(hào)，速率設(shè)置為100Mbit/s，幅度大小設(shè)置為100mv。圖符14完成對(duì)用戶數(shù)據(jù)信號(hào)的采樣，采樣速率為2Gbit/s，并且將采樣的結(jié)果送入圖符12和13。圖符12和13一起完成數(shù)據(jù)信號(hào)的RS編碼功能，因?yàn)镽S碼是非二進(jìn)制碼，因此在進(jìn)入編碼之前需要將二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成比特符號(hào)，圖符12就是比特符號(hào)轉(zhuǎn)換器，其參數(shù)設(shè)置為每符號(hào)4比特，圖符13是編碼圖符，里面包含各種編碼，如BCH碼，RS碼，格雷碼，系統(tǒng)中選用的（15,11）RS碼，糾錯(cuò)能力t=2。圖符16、17、18共同完成BPSK的調(diào)制過(guò)程。圖符18為信號(hào)切換器，經(jīng)過(guò)圖符13出來(lái)的信號(hào)作為BPSK的控制信號(hào)。若為數(shù)據(jù)信號(hào)為高電平“1”，則圖符11的正弦信號(hào)以零為初始相位輸出，若為低電平“0”，則輸出的正弦信號(hào)初始相位為π。經(jīng)過(guò)BPSK后的數(shù)據(jù)信號(hào)的中心頻率搬移到2GHz。整個(gè)系統(tǒng)中最重要的功能圖符就是由0、1、2組成的脈沖產(chǎn)生模塊。該模塊能夠產(chǎn)生高斯脈沖的二次微分形式。圖符0是頻率為1GHz的鋸齒波信號(hào)發(fā)生器，圖符1為限幅器，當(dāng)輸入超過(guò)一定的值，輸出為“1”，產(chǎn)生類似于高斯脈沖的周期信號(hào)；圖符2是自定義函數(shù)，里面的參數(shù)表達(dá)式即為高斯脈沖二次微分表達(dá)式，輸出信號(hào)近似于高斯脈沖的二次微分。圖符3是用來(lái)表示用戶地址的偽隨機(jī)序列，其頻率為1Gbit/s，實(shí)際應(yīng)用中常采用gold序列。經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)加上載波（圖符7），再通過(guò)帶通濾波器（圖符15）后就可以通過(guò)天線發(fā)送出去，濾波器的截止頻率分別為3GHz和5.2GHz。圖符15是信道中的高斯白噪聲。圖中圖符9、11、19是systemview仿真軟件中提供的觀察窗口。通過(guò)調(diào)整脈沖形成因子，選擇合適的脈沖寬度，因?yàn)橄到y(tǒng)仿真是基于低頻段的，所以選擇的脈沖因子應(yīng)保證脈沖的頻譜寬度為略大于2.05GHz，系統(tǒng)仿真得到的二階高斯脈沖序列的圖形如圖3.10所示：圖3.10二階高斯脈沖序列脈沖序列與偽隨機(jī)碼相乘后的結(jié)果如圖3.11（b）所示，圖（a）為偽隨機(jī)序列：（a）（b）圖3.11偽隨機(jī)序列和脈沖序列下圖中分別給出了各個(gè)功能模塊仿真后的結(jié)果：（a）(b)(c)圖3.12編碼和BPSK調(diào)制信號(hào)波形圖3.12中（a）是用戶數(shù)據(jù)信號(hào)波形，（b）是經(jīng)過(guò)RS編碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)，（c）是經(jīng)過(guò)BPSK調(diào)制后的信號(hào)。在天線上發(fā)射信號(hào)的波形及其功率譜密度如圖3.13所示：（a）(b)圖3.13發(fā)射信號(hào)及其功率譜由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，信號(hào)有效帶寬范圍大約是3GHz~5.2GHz，符合DS-CDMAUWB的低頻頻帶部分，功率譜密度低于-41.3dBm，滿足FCC對(duì)超寬帶發(fā)射系統(tǒng)功率的限制。4.MB-OFDMUWB系統(tǒng)4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路MB-OFDMUWB是OFDM技術(shù)用于超寬帶系統(tǒng)中的一種技術(shù)，它拋棄了傳統(tǒng)超寬帶系統(tǒng)中使用沖激脈沖來(lái)傳輸信號(hào)，沖激脈沖雖然能夠覆蓋很寬的頻譜，但是在實(shí)際應(yīng)用中能夠處理這么寬信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器較難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閁WB信號(hào)時(shí)間長(zhǎng)度很短，這就需要高速率的ADC轉(zhuǎn)換器。在多徑環(huán)境中，采用沖激脈沖的系統(tǒng)需要使用rake接收機(jī)來(lái)捕捉多徑能量，隨著多徑環(huán)境復(fù)雜度的增加，系統(tǒng)中rake接收機(jī)的復(fù)雜度也隨之增加。FCC規(guī)定信號(hào)的絕對(duì)帶寬大于500MHz，也可認(rèn)為是超寬帶信號(hào)，研究人員就是利用這一規(guī)定，巧妙的將極寬的頻帶分為多個(gè)大于500MHz的頻段，這樣的帶寬可以通過(guò)很多現(xiàn)有的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，開啟了超寬帶的非沖激脈沖方案，解決了傳統(tǒng)沖激脈沖方案中沖激脈沖帶來(lái)的一些問(wèn)題。在非沖激脈沖方案中最受關(guān)注的是MB-OFDMUWB，因?yàn)樗l譜利用率和數(shù)據(jù)傳輸率高，抗多徑能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。4.2OFDM基本原理MB-OFDMUWB是將OFDM技術(shù)用于超寬帶系統(tǒng)的一種創(chuàng)新技術(shù)，因此系統(tǒng)基本組成原理類似于OFDM系統(tǒng)。OFDM技術(shù)是由多載波調(diào)制（MCM）發(fā)展過(guò)來(lái)的，最早的多載波調(diào)制系統(tǒng)是由美國(guó)軍方建立的。OFDM系統(tǒng)中傳遞信息的各個(gè)子載波之間是相互正交的，形式如同快速傅里葉變換（FFT），所以在實(shí)現(xiàn)上采用FFT來(lái)進(jìn)行OFDM的調(diào)制和解調(diào)。在20世紀(jì)80年代之前，傅里葉變換設(shè)備在實(shí)現(xiàn)上存在很多技術(shù)難點(diǎn)，這阻礙了OFDM的發(fā)展；80年代之后，集成電路的快速發(fā)展，F(xiàn)FT的技術(shù)難點(diǎn)一一攻破，也帶動(dòng)了OFDM的快速發(fā)展，成為無(wú)線通信研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。在移動(dòng)無(wú)線通信中，發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)多徑信道到達(dá)接收天線，這種多徑傳播會(huì)導(dǎo)致前后接收到的信號(hào)之間產(chǎn)生干擾，在判決器端收到錯(cuò)誤的比特信息。若信號(hào)速率不斷提高，短時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)谋忍匚粩?shù)更多，將會(huì)導(dǎo)致更多的判決錯(cuò)誤。OFDM基本原理就是把高速的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成很多并行的子串，分配到多個(gè)子信道中進(jìn)行傳輸，使得每個(gè)子信道上的傳輸速率較低，碼元周期較大。再通過(guò)載波調(diào)制后發(fā)送出去，每個(gè)子信道上的載波都是相互正交的子載波，每個(gè)子載波在一個(gè)符號(hào)時(shí)間內(nèi)有整數(shù)個(gè)載波周期?？刂茣r(shí)延擴(kuò)展與碼元周期比值，讓比值低于某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，就能避免碼間干擾（ISI）。4.3系統(tǒng)基本原理MB-OFDMUWB系統(tǒng)模型如圖4.5所示，在進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換之前的用戶信息首先都要經(jīng)過(guò)糾錯(cuò)編碼，在第三章講到了關(guān)于糾錯(cuò)編碼的作用和類型。本次仿真中使用的是卷積編碼。糾錯(cuò)編碼后的數(shù)據(jù)信號(hào)是基帶信號(hào)，需要進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，通常情況下MB-OFDMUWB系統(tǒng)中采用的是四相絕對(duì)移相鍵控（QPSK）調(diào)制方式。調(diào)制后的數(shù)據(jù)流信號(hào)就可以進(jìn)行OFDM調(diào)制了，該調(diào)制過(guò)程包括串并轉(zhuǎn)換，F(xiàn)FT/IFFT變換，插入保護(hù)間隔等等，經(jīng)過(guò)OFDM調(diào)制出來(lái)是離散信號(hào)，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后采用跳時(shí)方式分配到幾個(gè)信道上依次發(fā)送。4.4發(fā)射機(jī)仿真由MB-OFDMUWB的發(fā)射機(jī)模型，實(shí)驗(yàn)對(duì)MB-OFDMUWB中的第一組頻段3.168GHz~4.752GHz進(jìn)行仿真。建立systemview的仿真系統(tǒng)，仿真系統(tǒng)的圖形如圖4.10所示。仿真過(guò)程中系統(tǒng)的采樣頻率為64GHz，采樣點(diǎn)數(shù)為102400。圖4.10中圖符0代表用戶信息，速率為160Mbit/s。圖符2為采樣器，將采樣后的數(shù)據(jù)送到卷積器（圖符1），為了保證采樣器不失真的采樣，將其采樣速率設(shè)置為640Mbit/s。系統(tǒng)中使用的是（2,1,7）卷積碼，每次編碼的信息位數(shù)k=1，輸出n=2個(gè)比特位，約束長(zhǎng)度N=7，即該輸出結(jié)果不僅與當(dāng)前的1個(gè)信息位有關(guān)，還與前6個(gè)信息有關(guān)，該卷積碼的編碼速率為1/2，所以經(jīng)過(guò)卷積編碼后數(shù)據(jù)速率變?yōu)?.28Gbit/s。圖符6是多項(xiàng)式，經(jīng)過(guò)卷積編碼后的信號(hào)變成了單極性的，為了便于后面QPSK數(shù)字基帶調(diào)制，因此經(jīng)過(guò)多項(xiàng)式y(tǒng)=2x?1進(jìn)行轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)保持器（圖符7）后速率恢復(fù)為系統(tǒng)的采樣頻率，圖符4是交織編碼器，交織編碼使用（32，32）的方陣。圖中經(jīng)過(guò)交織編碼器后數(shù)據(jù)信號(hào)由兩路輸出，圖符4到圖符9之間的模塊完成QPSK調(diào)制過(guò)程。圖符9和圖符11是采樣器，分別對(duì)兩路數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采樣，并且采樣速率為信號(hào)速率的一半，其中一路信號(hào)是采第奇數(shù)個(gè)碼元，另外一路是延時(shí)一個(gè)碼元寬度，這樣這一路采樣第偶數(shù)個(gè)碼元。5.性能分析5.1.發(fā)射機(jī)性能比較DS-CDMAUWB和MB-OFDMUWB都是超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展至今的最常用的兩種通信技術(shù)，這兩個(gè)方案各有優(yōu)勢(shì)。本文中只是研究了這兩種通信技術(shù)的發(fā)射機(jī)模型，就發(fā)射機(jī)模型的對(duì)比如下：（1）頻帶利用率實(shí)際生活中超寬帶使用較多的頻帶范圍是3.1GHz~5.1GHz，高頻帶部分由于實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度較高且功耗較高，一般在軍事通信中使用。DS-CDMAUWB使用的頻帶范圍是3.1GHz~5.15GHz，MB-OFDMUWB使用的頻帶范圍是3.168GHz~4.752GHz，可見(jiàn)兩者的頻帶使用范圍接近。MB-OFDMUWB采用子頻帶的傳輸方式，相當(dāng)于只在528MHz的帶寬上傳輸數(shù)據(jù)，但實(shí)際中使用了整個(gè)低頻段的帶寬，這樣使得系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)的相關(guān)器件需要處理的帶寬減小，降低了這些器件的復(fù)雜度和處理速率，減小了系統(tǒng)的