通信工程畢業設計-uwb超寬帶通信系統的設計與仿真(文件)

　

【正文】 :一 是 8 容易利用超寬帶脈沖發生器產生 。 高斯脈沖的頻譜函數為 , ? ? 222 22 22 22 222 2() fat fa taf t f tappP t p t e d t A e e d t e A e d t??? ??? ??? ???? ? ???? ??? ? ?? ? ?? ? ? （ ） 由 2te dt ?? ?? ??， b 為常數時，得到 2the dt b???? ?? （ ）因此，有 ? ? 2222fap aP f A e??? （ ） 高斯脈沖的各階微分形式為 : ? ? ? ? ? ?? ?kk kd p tPt dt? （ ）其中， k 為微分的階次。 通過改變脈沖波形來獲得頻譜形成是 IR 的 一 個重要的特性。 脈沖寬度取決于脈沖形成因子 a。但是，設計在可以合理地為高斯脈沖考慮 一 個有效的持續時間，其截斷能量低于 一 個給定的門限值。特別地，觀察 k 階導數的傅氏變換性質 [7]: ? ? 222fakkX f f e ??? （ ） 可以得到關于峰值頻率 peakF 、導函數的階 k 和脈沖形成因子。由于 IUWB 系統的信號是無載波傳輸方式，因此發射機和接收機的結構十分的簡單。經典的單脈沖調制技術包括 :脈沖幅度調制 (PAM)、脈沖位置調制(PPM)、二相調制 (BPM)和開關鍵控 (OOK)等 。 OOK 調制通過脈沖的有無來傳遞信息。 11 PAM、 OOK 和 PPM 調制的共同優點是可以通過非相干檢測恢復信息 PAM調制和 PPM調制還可以通過多個幅度調制或多個位置調制提高信息輸速率。在第 一步中，每組脈沖內部的單個脈沖通常采用 PPM 或 BPM 調制方法 。把 BPM 稱為直接序列 (Direct Sequence)擴譜(DSSS)，即每組 脈沖內部的每 一 個脈沖具有固定的時間間隔和相同的幅度，但具有不同的極性。在多脈沖調制中，利用不同 SS 序列之間的正交性，還可以通過同時傳輸多路多脈沖調制的信號來提高系統的通信效率 [9]。 超寬帶信道的基本概念 超寬帶無線信道的傳播模型可分為路徑損耗模型和多徑傳播模型。多徑傳播模型用于描述短距離或短時間內接收信號強度的快速變化。這兩個模型在超寬帶室內信道中并不是相互獨立存在的，在同 一 個無線信道中，二者綜合作用于發射脈沖信號 [10]。因此 ,接收信號可表示為 [11]: ? ? ? ? ? ? ? ?1Nt n n nnr t a p t n t??? ? ?? （ ） 這里 ,一 個特定的脈沖波形 ??npt與路徑 n 對應 , ??nat和 ??n t? 分別為第 n 條路徑時刻 t 的信道增益和信道時延 ,N(t)是時刻 t 觀測到的路徑數 ,n(t)是 接收機處的加性噪聲。 表 CM1~CM4 信道模型特性 模型特性 CM1 CM2 CM3 CM4 平均能量延遲 (ns) RMS 延遲 (ns) 5 8 14 26 10dBNP NP(85%) 信道能量平均值 (dB) 15 信道能量標準差 (dB) UWB室內信道模型的通信環境比較復雜 ,通信距離比較短 ,通常在10m 以內 ,慢衰落、密集多徑和準靜止是它的主要特征。模擬式相關器是指接收信號和相關模板信號都是模擬量 。 D調 制 信 道相 關器判 決D脈沖數據輸出 圖 TR 自相關接收系統 互相關模塊 互相關接收機可以采用模擬式和混合式方式進行相關處理 ,其中模擬方式選用與接收信號 一 致的二階高斯脈沖信號作為模板信號 ,而混合方式可采用數字方波作為模板信號 ,系統結構框圖如圖 。 本系統的主要技術指標如下所示： （ 1） 射頻傳輸帶寬： 528 MHz （ 2） 跳頻 擴頻 ：分 3頻 段（分別以 ， ， GHz 為中心） （ 3） 糾錯編碼： 卷積 編碼 （ 4） 碼速率： R = 5/8 （ 5） 調制：四相相移鍵控（ QPSK） （ 6） OFDM 傳輸： 128 點的 IFFT。 在子系統中的 第一個轉換器 將輸入信號轉換成定點數據類型。 其中 OFDM 系統的接收機模型如 圖 所示： 1O u t 1F i xe d P o i n tA n a l ys i s( 1 6 b i t s )f p a n a l ys i sU U ( R , C )R e m o ve ze r o sa n d s h i f tR e m o veP i l o t sandU n g r o u pS ym b o l sR e m o ve G P ,P r o ce s s S u f f i x,andG r o u p F r a m e sU U ( R , C )R e m o ves yn c p r e a m b l e[ r xC o n s t ][ r xE q S i g ][ r xE q C o n s t ] F F T C o n ve r t C o n ve r tC h a n n e lE s t i m a t i o nandC o m p e n s a t i o nC E S e q u e n ce2 x D e s p r e a d i n g1I n 1 圖 OFDM 接收機 其中 循環處理和信道估計 /補償可以用于減少 多徑信道對 傳輸信號 的影響。 接收端信號仿真分析 圖 接收端信號頻譜圖 圖 ，從圖 可知直流信號為零，信號受多徑衰落信道的影響較明顯。 在該 仿真系統的建立期間，本人做了以下工作： (1)研究了大量超寬帶無線通信技術和 MATLAB 仿真知識，為該UWB 通信系統的設計打下了堅實的理論基礎。 由于時間和知識有限，系統也存在一些局限性，要使該系統真正實用化還需要更多的理論研究和實踐操作。這不僅提高了我個人的 通信 理論知識水平，而且很好的鍛煉了我的 仿真 能力。這一規則的改變將使 UWB的 可以 啟用 的 頻譜更有效地利用現有的窄帶系統來覆蓋， 并使得有用的頻譜更為有效 ，但 目前 這是 不允許的 。架構實驗室（的 IAL） 目前正在研究超 寬帶技術，以更好地了解它的好 處 、 缺陷 和使用 高速率通信 帶來的技術挑戰。 雖然短期超寬帶（ UWB）不是很有說服性，但它確實有助 于從傳統的“窄帶”系統技術以及新的“寬帶”系統通常描述中提到的未來3G蜂窩技術 中 分離出這種技術。其次， UWB是一個典型的實施載波方式。 無線替代的手段 為了了解在 無線通信中 超寬帶無線通信 適用于哪些 目前的趨勢，我們 需要考慮一般通信系統試圖解決的問題。然而，最近的一個無線電歷史顯示了對于 其他四個屬性的距離費用 存在 明顯提高的趨勢。在這里，有線互聯網是基礎設施，而不是電話網絡。 （ 3）高速有線接入的企業，家庭上網速度，和公共空間的增長。最后，趨勢 4讓這些本來 在幾年前不切實際技術的信號處理的使用成為 了 可能。在 ISM 頻段，可用頻譜大約為 80MHz。研究表明，大約 10 藍牙“微網”能以最小的退化同時操作在同一個 10米的圓一個 10Mbps的產生總的速度。預計該系統的空間容量約 為 83,000 比特 /秒 /平方米。例如技術支持這些應用的 IEEE （ WiFi的）藍牙和 HomeRF網絡標準。音頻或者視頻 的 應用需要大量帶寬，可能需要 關閉 同步（例如，連接立體聲揚聲器環繞聲系統）。 34 外文文獻原文 UltraWideband Technology for Shortor MediumRange Wireless Communications Jeff Foerster, Intel Architecture Labs, Intel Corp. Evan Green, Intel Architecture Labs, Intel Corp. Srinivasa Somayazulu, Intel Architecture Labs, Intel Corp. David Leeper, Intel Connected Products Division, Intel Corp. Index words: UWB, wireless, munications, LAN, PAN ABSTRACT UltraWideband (UWB) technology is loosely defined as any wireless transmission scheme that occupies a bandwidth of more than 25% of a center frequency, or more than . The Federal Communications Commission (FCC) is currently working on setting emissions limits that would allow UWB munication systems to be deployed on an unlicensed basis following the Part rules for radiated emissions of intentional radiators, the same rules governing the radiated emissions from home puters, for example. This rule change would allow UWBenabled devices to overlay existing narrowband systems, which is currently not allowed, and result in a much more efficient use of the available spectrum. Devices could, in essence, fill in the unused portions of the frequency spectrum in any particular location. 35 These recent developments by the FCC give Intel a unique opportunity to develop equipment that could potentially take advantage of the vast amount of usable spe。因此，這將是在向 33 MAC設計時考慮這些超寬帶系統的 MAC層設計等標準進行。這些不同類型的流量對于服務參數的 不同 有不同的條件要求，量化為每個應用程序對這些用戶的網絡性能。按照同樣的程序，預計該系統的空間能力將超過 100萬比特 /秒 / 平方。 32 （ 3） 是預計有一個 50 米的工作范圍和 54Mbps 的峰值速度 的項目 。該合計速度 33Mbps，由圓的面積劃分，產量約 1000 比特 /秒 /平方米的空間容量。 按預期，新興的短期和媒介變化無線標準各有不同，隱含的空間容量 大小分配使用 。 趨勢 1和 2要求系統 不僅 僅是提供 高比特率峰值，而且還需要 高容量，以及空間，其中空間容量被定義為 /秒 /平方米 /位。四大趨 31 勢正在推動短距離 尤其 是超寬帶 無線 通信的 普及： (1)對于無線數據能力的便攜式設備日益增加的 對 高帶寬 需求， 以及低于目前可用 技術的 成本和功耗。短距離允許頻譜再利用，從而服務更多的用戶，并且系統是可行的，因為它們是由一個基本的有線基礎設施中的移動電話網絡來支撐的。 不幸的是，不可能 尋在實現一個 同時 具備這五種特性 的通信和 雙向通信流系統，如果其他的要做好 ，必須放棄一個或多個特性。相反，超寬帶的實現可以直接調節一個 “脈沖”， 這種脈沖 有一個非常尖銳 的上升和下降時間，因此，在占用的波形產生幾個 GHz 的帶寬。首先，超寬帶系統的帶寬，如美國聯邦通訊委員會（ FCC）的定義，是 25%以上的或超過 。 簡介 寬帶