基于跳时脉位调制的超宽带发射机设计研究毕业论文.docVIP

基于跳时脉位调制的超宽带发射机设计研究 基于跳时脉位调制的超宽带发射机设计研究 第 PAGE 2 页 共 NUMPAGES 21 页 第1章 超宽带无线通信 1.1超宽带技术的定义及特点 “超宽带”是在辐射波形基础上定义定的，它的概念首先由美国军方于1990 年提出，其定义的特征是信号的相对带宽大于20%-25%的任何波形。这里的信号相对带宽指的是2(fH -fL)/(fH +fL) ,其中fH表示信号高端频率，fL表示信号低端频率，(fH -fL)表示信号带宽，即: 相对带宽== （2-1） 2002年2月14日，美国联邦通信委员会(FCC)[4]修订了第15标准。它是管理包括UWB设备在内的使用非授权频段的无线设备标准。在FCC的指导下，对UWB的使用提供了在短距离、低发射功率，有极高的容量的要求。 2002年4月，美国FCC给出了“超宽带”的两种定义。第一种定义是对军方的定义做了两点修改，一是信号带宽指1OdB带宽，即fH和fL分别表示低于信号最大发射10dB处的高端和低端频率，二是信号的相对带宽大于等于0.2;第二种定义是如果一个信号的10dB带宽大于或等于500 MHz，不管它的相对带宽是多少，都可以认为它是一个UWB信号。 UWB信号是持续时间非常短的脉冲串，占用的带宽很大，因此它有一些十分独特的特点。其具体特点[5]如下所示: 1. 传输速率高 UWB的传输速率可达到几十Mbit/s 到几百Mbit/s，有望高于蓝牙100倍。 2. 带宽极宽 UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz 。其系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。 3. 发送功率非常小 UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长了系统电源的工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，从而使UWB的使用更为广泛。 4. 消耗电能小 通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此就要消耗一定的电能， 而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0 和1 发送出去，并且是在需要时才发送脉冲电波，因此耗电很小。 5. 抗干扰性强 UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。在同等码速的条件下，UWB具有更强的抗干扰能力。 6. 保密性好 UWB的保密性表现在两方面:一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解调出发射数据;另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。 7. 多径分辨能力强，定位精确 极短窄带脉冲在空间和时间上都不容易产生重叠，因此UWB信号具有很强的多径分辨能力，从而UWB系统也具有很强的抗衰落能力。同时UWB系统还具有极强的穿透能力，无论在室内或地下都可以精确定位，其定位精度可以达到厘米级。 UWB通信性能[6]也存在着一定的局限性，影响其使用的一个非常实际的问题就是干扰的问题。UWB系统占用的带宽很大，但实际上并不存在如此宽的空闲频带，总要有部分频带与现有的无线系统使用的频带相重叠，甚至会对GPS等其他窄带无线通信形成干扰。从本质上来讲，UWB可以用更窄的脉冲去换取带宽和信噪比这两个可变参量，但要使用更大的带宽却需要得到批准，同时信号在高带宽上会平均降低信噪比，导致信道容量的下降，因此UWB系统也需要在带宽效率、发送峰值功率、复杂度、灵活支持多速率和性能之间取得平衡。 1.2 超宽带技术的发展及现状 1.2.1 UWB技术最早出现在上世纪60年代时域电磁学的研究中，用于通过冲激响应完整地描述某一类微波网络地瞬时现象。随后，这种技术被用于带宽辐射天线振子的设计和短脉冲雷达通信系统的开发。1972年，一种高灵敏的短脉冲接收设备研制成功，进一步加速了UWB技术的研究进展。这时这项技术被称为基带无载波调制或冲击无线电技术。 1978年，Bennet和Ross总结了所有知道的产生脉冲的方法，从那时起在各种会议上就有很多关于UWB的会议。到了80年代后期，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并初步进行了定义。 1.2.2 现代的超宽带通信[7]的应用开始于1993年美国南加州大学的Scholtz教授将码分多址的概念和方法引入超宽带通信领域。1994年之前，有关超宽带无线通信领域的研究主要限于美国政府和军方项目的研究，1994年之后，随着保密限制的逐渐解除，也由于网络接入和宽带信息的用户需求