发布时间 : 星期四 文章(完整版)基于Matlab的IR-UWB无线通信信道模型仿真毕业设计更新完毕开始阅读
图3.1 典型高斯脉冲波形及其能量谱密度图（α=0.714ns）
如果要改变波形而获得频谱形成主要有以下三种方法改变脉冲宽度、对脉冲进行微分和对基函数的组合。脉冲宽度取决于脉冲形成因子。减小的值将会使脉冲宽度压缩，从而扩展传输信号的带宽。因此，同一波形可以通过改变脉冲形成因子的值来得到不同的带宽。
注意到高斯脉冲有无限的持续时间，这将不可避免地导致脉冲混叠和符号间干扰（ISI）。但是，我们可以合理地为高斯脉冲考虑一个有效的持续时间，其截断能量低于一个给定的门限值。在这样的假设条件下，脉冲形成因子的上限由不超过切普（chip）持续时间的给定，而下限则受到产生极窄脉冲的技术的限制。
对高斯脉冲微分也会影响其能量谱密度。峰值频率和脉冲带宽都会随微分阶数的增加而改变。特别地，观察k阶导数的傅式变换性质： （3.3）
我们可以得到关于峰值频率、导函数的阶k和脉冲形成因子三者之间的一般关系式。
由上式进一步可以得到和k的关系式：
（3.4）
式（3.4）表明随着高斯导函数阶数的增高，其峰值频率也相应提高。因此，微分是一种将能量搬至更高频段的方法。
实际中，普遍采用的脉冲波形是高斯函数的一、二阶导函数，因为它没有直流分量。而且高斯函数的各阶导函数表示的波形都具有该特点。其表达式：
（3.5） （3.6）
式（3.6）一所表示的高斯函数二阶导函数形式的脉冲是最常采用的脉冲波形，它经常被作为接收端的脉冲，即通过了发射机和接收机天线后的脉冲波形。理想情况下，如果一个波形为高斯函数的一阶导函数（其直流分量为零）的电流脉冲被馈入天线，那么，在天线的输出端将会得到一个高斯二阶导函数形式的脉冲波形。
3.3 信号调制技术
在超宽带通信系统中，信息载体是脉冲，我们既可以用单个脉冲传递不同的信息，也可以用多个脉冲传递相同的信息[4]。
3.3.1 单脉冲调制
脉冲的幅度和位置都可以用于传递信息。经典的单脉冲调制技术包括：脉冲幅度调制(PAM)、脉冲位置调制(PPM)、二相调制(BPM)和开关键控(OOK)等。
PAM调制是用信息改变脉冲幅度的大小的一种调制技术。BPM调制和OOK调制方法是PAM调制的两种特殊形式。BPM调制通过改变脉冲的正负极性来调制二元信息，所有脉冲幅度的绝对值相同。OOK调制通过脉冲的有无来传递信息。在PAM、BPM和OOK调制中发射脉冲的时间间隔是固定不变的。而PPM调制的原理是通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对于基准时间的位置来传递信息。在PPM调制中，脉冲的极性和幅度都不改变。PAM调制和PPM调制还可以通过多个幅度调制或多个位置调制提高信息传输速率。
3.3.2 多脉冲调制
为了降低单个脉冲幅度或提高通信系统的抗干扰性能，在超宽带脉冲无线系统中，往往采用多个脉冲传递相同的信息，这就是多脉冲调制的基本思想。多脉冲调制技术有：TH-PPM、DS-PPM、TH-PAM、DS-PAM、TH-BPM、DS-BPM。
多脉冲调制不但可以通过提高脉冲重复频率来降低单个脉冲的幅度或发射功率，而且可以利用不同用户使用的扩频序列之间的正交性或准正交性实现多址接入。在多脉冲调制中，利用不同扩频序列之间的正交性，还可以通过同时传输多路多脉冲调制的信号来提高系统的通信效率。
3.4 超宽带系统发送信号
TH-PPM-UWB是一种常用的调制方式，下面以TH-PPM-UWB信号为例简单的介绍一下超宽带系统的发送信号的形式[5][18]。
3.4.1 基本信号
在超宽带通信系统中往往采用多脉冲调制。发射端和接收端是由一串高斯脉冲完成的。发射端产生脉冲串可用式(3-10)表示，这里基本脉冲式高斯二阶微分形式：
(3.7)
其中，为脉冲重复周期。
3.4.2 调制信号
假设利用脉冲位置调制方式，我们规定：若信息比特位“1”，则脉冲后移，若信息比特位“0”，则脉冲不移位。那么调制信号表达式为：
(3-8)
由于UWB通信系统的频段范围比较广，一定会遇到各种信号的干扰，造成信号的失真。为了降低通信系统之间的干扰，一般采用扩频技术，而跳时扩频和直接序列扩频对于UWB脉冲序列来说是一种常用的扩频技术。如果采用跳时扩频技术，就是用PN码对信号进行处理。经过处理后的信号形式为：
(3.9)
比特间隔或比特持续时间，也即用于传输一个比特的时间，可表示为：。在上式中，定义了脉冲的随机性或者说是相对于整数倍时刻的抖动。如果用随机TH抖动来表示由TH编码引起的时间上的位移，并假定在0和（<）之间分布，则可得到：
（3.10）