通信工程畢業設計-uwb超寬帶通信系統的設計與仿真-免費閱讀

　　

【正文】 超寬帶（ UWB）系統，與他們在短距離上 相比具有 非常大的數據速度的潛力，自然是要為網絡的數據源和匯聚高寬帶這類使用。 （ 4） UWB 系統按照 他們的預測 具 有很大的不同功能，但有超寬帶技術的開發商已經測量在 10米范圍和項目等六大系統可以在同一個 10米半徑 有 超過 50Mbps的峰值 并且 只有很少的操 作降解速度 ??。因此，在一個有 100米， 3 22MHz IEEE 的系統能在不干擾的基礎上，各有 一 峰值為 11Mbps 的速度 半徑。 （ 4）信號處理半導體成本和功耗 的收縮 。蜂窩電話 系統就 是最明顯的例子，覆蓋 300 米到 30 公里的范圍 。傳統的“窄帶”和“寬帶”系統使用無線電頻率（ RF）基帶 運載 在頻域 中的信號，并且這些系統允許被操作。本文從潛在的應用程序的監管障礙到 可能的實現和未來的挑戰 向讀者介紹了這項技術 。 江 老師治學態度嚴謹，學識淵博，為人和藹可親。 （ 2 研究了 simulink 仿真系統，分析了 系統的仿真分析方法。 仿真模型信道的結構 本系統采用 UWB標準信道，該信道結構圖如圖 : 圖 信道結構圖 信道參數圖如圖 , 在本 次仿真中是以 CM1信道模型進行仿真的。零直流 （ 7） 每個 OFDM符號的 有效載荷量： 100 （ 8） 時間擴展： 2倍 （通過跳頻進行擴展） （ 9） 抗多徑 循環前綴： 60納秒 其中系統的總體結果如圖 ： 19 圖 仿真系統的總體結構 仿真模型的發射機結構 系 統的發射機結構如 圖 所示： 圖 系統發射機模型圖 信號經過貝努二進制調制，傳至 5/8 卷積 編碼器，在進行交織、QPSK 調制， OFDM 發射機。混合式相關器的特點是接收信號為模擬量 ,而將模板信號量化為了數字量。 IEEE 模型的信道沖激響應可以表示為 : ? ? ? ? ? ?00knk n k n n knkh t x a t T????? ? ??? （ ） 其中 X 是對數正態隨機變量 ,代表信道的幅度增益 。主要描述無線信號經短距離或短時間 傳輸后經兩個或兩個以上路徑微小的時間間隔到達接收機的傳播特性。 13 3 超寬帶無線信道 建模 信號的傳播環境是影響無線通信系統性能的主要因素之 一 ，建立準確的信道模型對超寬帶無線通信理論研究和性能分析是非常重要的。在第二步中，每組脈沖作為整體通常可以采用 PAM、 PPM 或 BPM 調制方法。在PPM、 BPM 和 OOK 調制中發射脈沖時間間隔是固定不變的。在 IUWB系統當中， 一 串極短 (ns 級 )的脈沖被發送，信息通過發射脈沖串的幅度或極性來傳輸 (PAM、 BPSK 調制 )，或是通過脈沖起始時間的移動來傳輸 (PPM 調制 )。在這樣的假設條件下，脈沖形成因子 a 的上限由不超過切普 (chip)持續時間 Tc 的Tm 給定，而下限則受到產生極窄脈沖的技術的限制。頻 9 譜形成主要可以采取三種不同的方法 :改變脈沖寬度、對脈沖進行微分和對基函數的組合。二是收發天線對超寬帶信號的作用相當于微分運算，而高斯脈沖的各階微分具有比較簡單的形式，便于分析。超寬帶大電流輻射 (LCR， Large Current Radiator)天線的問世，使得利用 一 些經濟的技術和工藝 (如 CMOS 芯片 )來產生持續時間在ns 級的脈沖成為可能。輻射功率嚴格限制，以免對其它系統造成干擾 。本章重點介紹超寬帶無線通信系統 發射機，具體包括 波形設計 和 調制方式 等 。為了各自的商業利益，爭論雙方的競爭異常激烈。 UWB 無線通信標準的建立也經歷了 一 個長期的爭論過程。1998 年，美國聯邦通信委員會 (FCC)發出了關于開放 UWB 設備應用的征詢公告，引起了各界的廣泛關注。 UWB（ Ultra Wide Band） 被定義為 在較大的帶寬上實現速率為 100Mbps1Gbps傳輸的技術。 Receiver。評定成績分為優秀、良好、中等、及格、 不及格五個等級，總成績 90— 100分記為優秀， 80— 89分記為良好， 70— 79分記為中等， 60— 69分記為及格， 60分以下記為不及格。本文首先介紹了超寬帶無線通信技術的發展歷史、研究現狀 和發展前景 ，然后對超寬帶無線通 信中超寬帶信號的波形設計發射機的結構、超寬帶無線信道的建模 和接收機的結構進行了理論研究以及仿 真實驗。 完成本課題應具備的環境（軟件、硬件）： 硬件 :CPU intel core 2 T5750,1G 內存 ,XP 系統的 PC 機 軟件 : 各階段任務安排： 第一階段： 2021 年春節前確定論文題目，并完成任務書，與老師進行交流。 本科畢業設計作者簽名： 年 月 日 湖南師范大學本科畢業設計任務書 畢業 設計題目 UWB超寬帶通信系統的設計與仿真 作 者 姓 名 所屬院、 專業、年級 樹達 學 院 通信工程 專業 2021 年級 指導教師姓名、職稱 講師 預計字數 8000 開題日期 2021225 選題的目的和意義： 無線通信是當今通信技術的一個大主題。隨著時代的進步以及電子產品的普及，人們對計算機、通信、家用電器等消費電子之間無線融合的需求指明了無線通信技術發展的主要方向。 第二階段： 2021 年開學第一周 — 第七周根據題目和開題報告搜集相關資 料并著手進行設計與實驗 。最后使用 Simulink軟件作為仿真工具，建立了 UWB系統的發射、接收和信道模型，對 CM1信道下的超寬帶無線通信系統的性能進行了仿真研究，并分析了仿真結果，該研究對設計高性能的超寬帶無線通信系統具有一定的積極意義。若譯文成績為零，則不計總成績，評定等級記為不及格。 Simulation 2 1 緒論 無線通信是當今通信技術的 一 個大主題。根據香農理論，無線信道的容量是與 其占用的信道帶寬成正比的， 所以 UWB能實現很高的數據率，是由于其占用很大的帶寬。 2021 年 2 月，美國 FCC 批 準了 UWB 的商用，這是超寬帶技術的發展過程中的 一 個里程碑，促使超寬帶技術成為了學術界研究的熱點。 2021年 1 月 工作組成立，開始了 UWB 的標準化進程。直到 2021年 1月 ，雙方仍然沒能使對方妥協 [3]。根據超寬帶基帶脈沖的頻譜特性，超寬帶脈沖可以分為兩大類 :第 一 類是基帶脈沖，該脈沖包含從低頻到高達幾個 GHz的頻率的連續帶寬 。輸出要穩定，在發射脈沖寬度較窄、傳輸速率較高的情況下，要保證接收端正確地捕獲、同步和解調，必須要求脈沖產生器輸出的波形、相位保持較高的穩定性 。這種 LCR 天線是通過電流來激勵的，它的輻射功率正比于電流導數的平方。 高斯脈沖的基本波形為， ? ? 222 tarp t A e ??? （ ）其中， 2pA a??時， p(t)為單位能量脈沖 。考慮以高斯脈沖作為研究對象。對高斯脈沖微分也會影響其能量譜密度。此外為允許多個用戶共享同 一 傳輸信道，在每個用戶發射脈沖的起始時間都加入 一 個唯 一 的、并且被相應的接收機已知的偽隨機時移，以免多個用戶在同信道中因為同時發射信號而引起的信息沖突。實際上，也可以通過改變發射脈沖的時 間間隔或發射脈沖相對于基準時間的位置來傳遞信息，這就是 PPM 調制的原理。 一 般把第 一 步稱為擴譜 (Spread Spectrum)，而把第二步稱為信息調制。超寬帶無線通信環境遠比基于連續波的傳統窄帶或寬帶無線信道環境復雜。路徑損耗模型不僅對分析信道的可用性、傳輸頻帶的選擇等具有重要意義，而且對于無線網絡的規劃也非常重要。N 是觀測到的簇的數目 ,K(n)是第 n 簇內接收到的多徑數目 , nka 是第 n 簇中第 k 條路徑的系數 ,Tn 是第 n 簇到達時間 , nk? 是第 n 簇中第 k 條路徑的時延。 自相關模塊 自相關接收機的 一 種典型應用是基于超寬帶信號的發送 參考(TR)接收機 ,它的基本思想是發射機在時刻 t 發送 一 個引導脈沖 ,然后在 t+D 時刻發送第二個脈沖 ,該脈沖與引導脈沖完全 一 樣 ,調制信息被映射到第二個脈沖上。最后經過跳頻和 濾 波 后發送到信道中。 21 圖 信道參數圖 22 6 系統的仿真分析 通過對構建的 UWB無線通信系統模型進行仿真，分析了系統的跳頻時序，子頻帶頻譜，接收端信號頻譜和信道估計 /補償的星座圖。同時參考了大量設計方案及仿真模塊的參數配置。在此，謹向 江 老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意！ 最后，我要向百忙之中抽空參加論文評審的各位老師表示最衷心的感謝 ! 28 外文文獻翻譯 超寬帶技術的短期或中期范圍 內的 無線通信 杰夫福斯特，英特爾架構實驗室，英特爾公司 埃文格林，英特爾架構實驗室，英特爾公司 斯里尼瓦薩，英特爾架構實驗室，英特爾公司 大衛利珀，英特爾部連接的產品，英特爾公司 關鍵字 ：超寬帶，無線，通訊，局域網，無源光網絡 摘要 超寬帶（ UWB）技術可以大致的 被 定義為 一個 占 有 超過 25％ 中心頻率 的帶寬 ，或者漲幅比 為 的帶寬 的 任何無線傳輸方案 。 簡介 寬帶（ UWB）的技術流行于 20世紀 80 年代，因為 信號的寬 帶性質使它具有非常準確的計時信息， 使它僅用于基于雷達的 應用程序，然而 由于在高速交換技術的最新發展，使 UWB 對于低成本的消費通信應用變得更加有吸引力的。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。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。 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。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。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。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）。預計該系統的空間容量約 為 83,000 比特 /秒 /平方米。在 ISM 頻段，可用頻譜大約為 80MHz。 （ 3）高速有線接入的企業，家庭上網速度，和公共空間的增長。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。其次， UWB是一個典型的實施載波方式。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。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。 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。 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 ]