超寬帶沖激無線電的研究

超寬帶通信技術（uwb）是一種無載波通信技術。利用非正統波窄波寬段的傳輸數據，甚至使用ps級非正統波。UWB通信將在短距離無線通信領域發揮重要作用,特別是對便攜式裝置和家用設備之間的adhoc網絡產生重大影響。根據FCC的規定,UWB通信所用脈沖的要求是帶寬與中心之比(分數比)大于等于0.25或者信號帶寬大于500MHz。目前,FCC為UWB通信開放的頻帶為3.1～10.6GHz。為了實現頻譜覆蓋的初衷,信號的功率譜必須低于某個極限。在現有的文獻中,僅文獻針對TM-UWB(Time-HoppingModulatedUWB)、DSC-UWB(DirectSequencephaseCodedUWB)兩種方式進行了功率譜分析,本文對常用的脈位調制(PPM),通斷鍵控調制(OOK),脈沖幅度調制(PAM)進行功率譜分析。1階高斯微分三脈沖的時域線性、傅里葉變換和sqp的時域線性化.UWB所用基本脈沖通常為高斯單脈沖、一階高斯微分雙脈沖、二階高斯微分三脈沖。設E為幅度,tg)(為幅度等于1、寬度等于Tb(碼元周期)的門函數,τ為參數,Sa為抽樣函數,“*”表示卷積,則高斯單脈沖的時域表達式f(t)和傅里葉變換表達式F(ω)為:二階高斯微分三脈沖的時域表達式g2(t)和傅里葉變換表達式G2(ω)為:2信號的三種調制信號本文以二進制為例,分別分析UWB通信信號的三種調制信號的時域和頻域特性:脈沖幅度調制(PAM),通斷鍵控調制(OOK),跳時脈位調制(TH-PPM)。2.1功率譜密度函數PAM的時域表達式為:S(t)可以分解為穩態項Sv(t)和交變項Su(t):當m=k時,由式(10)知道,E(qmqk)=P(1-P);當m≠k時,一般數據位之間互相獨立,E(qmqk)=E(qm)E(qk),而E(qm)=P(1-P)+(1-P)(-P)=0,即E(qmqk)=0,E{|PuT(ω)|2}=|(2N+1)P(1-p)U(ω)|2。則Su(t)的功率譜為:一階高斯微分雙脈沖的時域表達式g1(t)和傅里葉變換表達式G1(ω)為:式中u(t)為基本脈沖,Tb為碼元周期,ak為數據,式中顯然,Sv(t)是周期為Tb的周期信號,其傅里葉級數為:設u(t)的傅里葉變換為U(ω),由于u(t)除區間[0,Tb]外都為零,因此:Sv(t)的功率譜密度函數Pv(ω)為:設Su(t)的截短函數為SuT(t)=Su(t)[unit(t)-unit(t-T)],其中unit(t)為單位階躍函數,SuT(t)的傅里葉變換PuT(ω)為:|PuT(ω)|2的統計平均為:故采用PAM調制方式的UWB通信信號的功率譜密度函數為:上式的特點有:(1)一般包括離散譜和連續譜;(2)當兩種數據位等概率出現(P=0.5)且采用雙極性信號(λ1=-λ2)時,由式(12)、(13)可知無離散譜;(3)連續譜的包絡就是UWB基本脈沖信號的功率譜密度;(4)離散譜振幅值正比于UWB基本脈沖信號的功率譜密度在2πm/Tb,m∈Z點的抽樣值。2.2OOK2.3基本長絲環上的th-ppm調制方法OOK調制方式是PAM調制方式的一種特殊情況,即:λ1=1,λ2=0,由2.1節的方法可以得到:上式的特點有:(1)包括離散譜和連續譜;(2)連續譜的包絡就是基本UWB脈沖信號的功率譜密度;(3)離散譜振幅值正比于基本UWB脈沖信號的功率譜密度在2πm/Tb,m∈Z點的抽樣值。TH-PPM調制方式時域表達式為:式中u(t)為基本脈沖;Tb為碼元周期;參數τ∈(0,Tb);ak為數據,且:利用2.1節的方法,可以得到:上式的特點有:(1)包括離散譜和連續譜;(2)連續譜的包絡就是基本UWB脈沖信號的功率譜密度乘以頻率選擇性函數|e-jωτ-1|2;(3)離散譜振幅值正比于頻率選擇性函數|Pe-jω-(1-P)|2與UWB基本脈沖信號的功率譜密度在2πm/Tb,m∈Z點的抽樣值之乘積。計算機實時仿真表明,UWB通信信號的跳時脈位調制(TH-PPM)、通斷鍵控調制(OOK)和脈沖幅度調制(PAM)的功率譜密度與式(17)、(18)、(20)是一致的。3uwb信號的特性通過推導UWB通信信號的跳時脈位調制(TH-PPM)、通斷鍵控調制(OOK)和脈沖幅度調制(PAM)的信號模型的時域和功率譜密度的表達式,同時對UWB通信信號的頻域進行了分析,可以看出UWB通信具有傳輸速率高、保密性能好和抗多徑衰落強等優點。對于PAM,UWB通信信號一般既有離散譜又有連續譜,當且僅當符號出現為等概率時,沒有離散譜,連續譜的包絡就是UWB基本脈沖信號的功率譜密度,離散譜的振幅值正比于UWB基本脈沖信號的功率譜密度在2πm/Tb,m∈Z