试论超宽带无线的调制技术在通信行业的应用.doc

试论超宽带无线的调制技术在通信行业的应用 工业技术 I■ChiuascienceandTechnologyReview 试论超宽带无线的调制技术在通信行业的应用 宋海红 (中国联通锡林郭勒盟分公司内蒙古锡林郭勒026000) 中图分类号:TN91l文献标识码:A文章编号:1009—914X(2012)09～0OO6—02 发射超宽带(UWB)信号最常用和最传统的方法是发射时域上很短的脉冲. 这种传输技术称为”冲激无线电”(ImpulseRadio,简写为IR)信息数据符 号对脉冲进行调制,其调制方式可以有多种.脉冲位置调制(PPM)和脉冲幅 度调制(PAM)是最常用的两种调制方式.除了要对脉冲进行调制外,为了形 成所产生的信号的频谱,还要用伪随机码或伪随机噪声(PN)对数据符号进行 编码.一般是,编码后的数据符号引起脉冲在时间轴上的偏移,这就是所谓 的跳时超宽带(TH—UWB,Time—HoppingUWB).直接序列扩谱(DS—SS) 就是编码后的数据符号对基本脉冲的幅度进行调制,这在冲激无线电fiR)中 被称为直接序列超宽带(DS—UWB,Direct-SequenceUWB),这种调制方 式似乎非常有吸引力. 对于超宽带信号,也可以通过很高的数据速率来产生而根本不需要具备 脉冲的特性只要UWB定义所要求的相对带宽或最小带宽在整个传输过程 中得到满足,那么,靠发射高速率数据而不是窄脉冲所产生的具有UWB射 频带宽的系统,就不应该被排除在UwB系统之外.诸如正交频分复用 (OFDM),在数据速率适当的情况下也可产生UWB信号.因此,OFDM也是 一 种超宽带的调制方式.下面,主要讨论TH-UWB,DS-UWB和OFDM 调制方式. 1PPM-TH—uW日调捌方式 1.1跳时超宽带信号的产生 在结合了二进制PPM的TH-UWB(.~--进制PPM—TH—UWB或者PPM— TH—UwB)中,UwB信号的产生可以系统地描述如下.新的比特速率 Rcb=Ns/Tb=1/Ts(b/s).这个模块引入了冗余,其实是一种被称为重复码 的(Ns,1)分组编码器.一般术语上称为信道编码.第二个模块是传输编码器, 就是应用整数值码序列. 1.2直接序列超宽带信号的产生 直接序列扩谱(DS-SS)是一种着名的数字调制方式.这里,我们先回顾 DS-SS的基本原理,并把主要精力放在它在UWB的延伸方面.具有UWB 特性的信号可以通过下面的过程产生:首先,用伪随机码或二进制PN码序 列对要发射的二进制进行编码,其次,对一串窄脉冲进行幅度调制.这一过 程可以看做是目前使用DS-SS系统的一种极端方式,此时脉冲在时域上是具 有典型时间的奈奎斯特型脉冲或方波.让脉冲宽度远远小于切普间隔,很容 易得到DS-SS-UWB的解析表达式.在传统的DS-SS系统中,RF发射信 号是对载波进行幅度调制后得到的,通常使用二进制相移键控BPSK方式. 而在DS-UWB中,如果没有专门的要求,这一过程可省略 调制器输出的信号进入冲洲响应为p(t)的脉冲形成滤波器.在传统的 DS-SS系统中,冲激响应p(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲.而在DS-UWB 系统中,与TH方式相似,p(t)是持续时间远小于Ts的脉冲.注意,与TH 方式相似,比特间隔或比特持续时间,即传输一个比特所用的时间是 Tb=NsTs.输出的波形显然是一个PAM波形 1.3OFDM调制技术 多频带(MB)方式与上节分析研究的IR原理不同.根据2002年,FCC公 布的UWB定义,带宽超过500MHz的信号都是UWB信号.因此,按照FCC 规定的频带范围3.110.6GHz,将此7.5GHZ的带宽分割成最小带宽为 500MHz的若干个频带.为了尽量减小同窄带通信系统的相互干扰,UWB采 用较小的功率,于是UWB信号对于窄带通信系统来说相当于热噪声,并不 被窄带通信系统的接收机检测到.也可以避免特定频带上的非人为干扰.在 每个子频带内可以使用不同的数据调制类型,并不一定要用IR方式,正确的 频谱带宽可以通过合适的比特速率实现.应用最广泛的是众所周知的正交频 分复用(OFDM).. 2多频段OFDM-UWB信号产生 一 个已调的OFDM信号由调制在不同载波频率上的同个并行发射的信 号组成.这些载波等间隔地位予频域上,其间隔为.OFDM调制器输入的二 进制序列每K比特编为一组,以产生具有N个符号的数据块{},这里假定是 L个可能的取值中的一个,K=NlbL.最后,每个符号调制一个不同的载波. 为了并行传输数据块的N个符号,不同的调制载波信号在频率上必须正交. 3OFDM仿真结果及其分析 要发射的总比特数numbits,调制信号的中心频率抽样频率fc.每 6l科技博览 个符号在其相应载波上的传输时间TO,循环前缀的持续时