通信工程畢業設計-uwb超寬帶通信系統的設計與仿真(專業版)

　　

【正文】 由于 ETSI BRAN HiperLAN / 2 *標準（相當于歐洲的）已添加原始數據的物理層速率高達 54Mbps 規格，應用空間擴大到包括音頻 /視頻這些數據應用的更高速率。 ，使 超寬帶（ UWB）技術實用成為 最終的趨勢 。尤其是，如果無線是一個理想的媒介，可以用它來傳送 ， ， ， ， 。本質 上 這些設備可以在任何特定地點頻譜的未使用的部分 中使用 。 24 星座圖 仿真分析 圖 信道估計 /補償后的星座圖 如圖 經過 信道估計 /補償 模塊 后的星座圖成明顯的 X型，達到了 該模塊構建的目的 。 17 二 階 高 斯 脈沖 產 生輸 出模 板 信 號積 分 圖 UWB 信號相關仿真圖 18 5 超寬帶（ UWB）無 線通信系統 的 simulink 建模 系統的 總體結構 本系統 的 構建 基于 IEEE 標準 中 的多頻帶正交頻率復用（ OFDM） UWB 提案。 超寬帶信道模塊設計 超寬帶信道傳播的主要特點是 :由于發射機和接收機之間存在多 14 條傳播路徑 ,發射信號傳播之后會產生多個經過時延和衰落的信號。在第二步中，根據需要傳輸的信息比特，PAM 調制同時改變每組脈沖的幅度， PPM 調制同時調節每組脈沖的時間位置， BPM 同時改變脈沖的極性。 PAM 調制是通過改變脈沖幅度的大小來傳遞信息的 一 種脈沖調制技術 ,PAM 調制既可以改變脈沖幅度的極性，也可以僅改變脈沖幅度的絕對值的大小。減小 a 的值將會使脈沖寬度壓縮，從而擴展傳輸信號的帶寬。最常用的超寬帶信號是高斯單周期 (Monocycle)脈沖或者其各階微分波形。 超寬帶脈沖的產生 超寬帶窄脈沖的產生，通常要滿足下列條件 :脈沖寬度要窄，實現超寬帶沖激無線通信的脈沖寬度通常在 1ns 以下 。前 一 種方案利用的是直接序列碼分多址 (DSCDMA， Direct Sequence Code Division Multiple Access)技術，也叫 DSUWB。 超寬帶無線通信技術的研究歷史 及現狀 無線通信技術的歷史可以上溯到 一 百多年 前的波夫和馬可尼發明的無線電報地時代。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。 第五階段：三稿完成，交于老師批閱并定稿。 學科分類號 0802 樹達學院 本 科 畢 業 設 計 題 目 （ 中文） ： UWB超寬帶 通信系統 的設計與 仿真 （英文） ： The Design and Simulation of UWB Communication Systems 姓 名 學 號 院 （系） 物理與信息科學學院 專業、年級 通信工程專業 2021級 指導教師 二 ○ 一 一 年 五 月 湖南師范大學樹達學院本科畢業設計誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業設計，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議，除設計中已經注明引用的內容外，本設 計不含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果。 第六階段：在老師的組織下進行模擬答辯，找出問題并解決問題。 關鍵詞 ： 超寬帶； 發射機 ；信道；接收機 ； 仿真 The Design and Simulation of UWB Communication Systems Liu Yong， Grade 2021, Communication Engineering Abstract: Due to its higher data rate, lower power attenuation and strong antimultipath interference capacity, UWB wireless munication technology is regarded as the key to nextgeneration wireless munication technology. This paper firstly introduces the UWB wireless munication technology’s history , current situation and development prospects, and then does some theoretical research and simulation experiments about UWB waveform design、 transmitterstructure, ultrawideband wireless channel modeling and receiver structure. Finally, using Simulink software as the simulation tools to establish the transmitter、 receiver and channel model of UWB system, the performance of UWB wireless munication system is simulated under the CM1 model and the simulation results are analyzed, this study has some positive significance for design a highperformance ultrawideband wireless munication system. Key words: UWB?，F代意義的超寬帶無線通信技術出現于上個世紀 90 年代，當時，它的應用只限于軍事和災害救援等方面。后 一 種方案將可用的 頻段分成十幾個 500600MHz 左右的子頻帶，在每 一 個子頻帶上采用正交頻分復用 (OFDM， Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技術。根據實際應用中頻譜特性的需要，選擇不同的波形 。各階微分脈沖波形均可由高斯 一 階導數通過逐 次求導得到。因此，同 一 波形可以通過改變脈沖形成因子的值來得到不同的帶寬。 BPM 調制和 OOK 調制方法是 PAM 調制的兩種簡化形式。這樣，把第 一 步和第二步組合起來不難得到 一 下多脈沖調制技術 :PPMTHSS、 PPMDSSS、PAMTHSS、 PAMDSSS、 BPMTHSS、 BPMDSSS。根據沖激無線電應用實際 ,需要考慮到脈沖在反射或穿 透障礙物時其性狀的變化。該提案支持 55480 Mb/s之間的數據傳輸速率變化 。 誤碼率分析 本系統還分析了誤碼率，經過一段時間的仿真統計，其誤碼率為*105 滿足系統設計的基本要求。 通過 FCC 最近 的這些 發展 給了 英特爾一個獨特的機會來發展 硬件設施 ，它們可以依靠 存在 于 無線領域大量的 潛在的 優勢 來 利用巨大的可用頻譜，而且正在提供一個 用 來驅動未來的高速率應用 引擎 的 整個行業 的 構思。 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。 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 。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。例如技術支持這些應用的 IEEE （ WiFi的）藍牙和 HomeRF網絡標準。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。 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。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 。 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。 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 。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]。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。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 。 脈沖寬度取決于脈沖形成因子 a。 脈沖產生器最易產生的脈沖波形其實是 一 個鐘形，類似于高斯函數波形。 在超寬帶脈沖無線系統中，信息是調制在脈沖上傳遞的，既可以用單個 脈沖傳遞不同的信息，也可以用多個脈沖傳遞相同的信息 [4]。在 2021 年 7月的會議上，通過討論和協商，這些提案融合成了兩大方案，即美國MSSI、 Xtreme Spectrum 公司等倡導的脈沖無線電方案和以 Intel、 TI為首提出的多頻段正交頻分復用 (MultiBand OFDM)方案。 UWB 在 10m 以內的范圍實現無線傳輸，是應用于無線局 域 3 網（ WPAN）的一種近距離無線通信技術 [1]。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。 第四階段：二稿完成，并交于老師批閱，在老師的指導下進行完善。對本設計的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。 第七階段：準備并完成正式答辯。 Transmitter。 1989 年，美國國防部高級研究院計劃署 (DARPA, Defense Advanced Research projects Agency)首先提出了超寬帶這 一 術語。 DSUWB 技術得到了以飛思卡爾、摩托羅拉等廠商為成員的國際 UWB 論壇的大力支持 。提高脈沖重復頻率，實現高速率的數據傳輸 。隨著脈沖信號階數的增加，過零點數逐漸增加，信號中心頻率向高頻移動，但信號的帶寬無明顯變化，相對帶寬逐漸下降。 注意到高斯脈沖有無限的持續時間，這將不可避免地導致脈沖混疊和符號間干擾 (ISI)。 BPM 調制過改變脈沖的正負極性來調制二元信息，所有脈沖幅度的絕對值相同。 多脈沖調制不僅可以通過提供脈沖重復頻率來降低單個脈沖的 12 幅度或發射功率，更重要的是，多個脈沖調制可以利用不同用戶使用的 SS 序列之間 的正交性或準正交性實現多用戶干擾抑制，也可以利用 SS 序列的偽隨機性實現窄帶干擾抑制。脈沖的性狀應與傳播路徑有關 ,不同的傳播路徑有不同的沖激響應。 OFDM信號使用跳頻（多頻 帶）技術進行擴頻 ,本系統采用三個子頻帶來實現 OFDM信號在 UWB 系統中的 應用 。 25 總結 超寬帶無線通信技術作為一項新興 的 無線通信技術，因其本質及具有信息傳輸速率很高、抗多徑干擾能力強、系統容量大、與現有通信系統頻譜共享、低功耗等諸多優越性而成為人類實現未來中短程高速無線通信的首選無線通信技術。 29 英特爾 174。原來的無線系統用于測量大型橋梁的 距離，以便使雙方聯系在一起。例如： （ 1） 有 100 米額定工作范圍。因此，例如，語音電話和視頻電話會議應用在延遲和抖動性能 方面有 嚴格 要求。 目前的低數據速率無線局域網（ WLAN）和無線個人