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nanotron CSS与UWB技术相关对比说明 2010-03-24 17:25:54 浏览 132 次?|?评论 0 条 一、 CSS技术简介 CSS技术是Chirp Spread Spectrum的简称，即线性调频扩频技术。这种技术以前主要用于脉冲压缩雷达，能够很好的解决冲击雷达系统测距长度和测距精度不能同时优化的矛盾。因此国内外的研究，一直局限在雷达领域。近年来，随着IEEE将CSS技术列为802.15.4a技术标准的底层实现方式之一，该项技术在通讯领域的应用才逐渐受到关注。 从信号特征上来说，CSS信号是一种扩频信号，发送脉冲信号的瞬时频率，在一个信息周期T内会进行线性的频率调整，并扫过一定的带宽，所以这是典型的扫频信号。下面是CSS信号的时域特征和频域特征。左图显示CSS信号的单周期变化，右图显示该信号在变化周期内所占据带宽。图1 CSS信号的时域特性和频域特性 通常情况下CSS通讯与定位系统特征定义： 1． CSS通讯是一种载波通讯??术，但和通常的正弦型信号载波不同，该信号是脉冲载波； 2． CSS脉冲信号与UWB冲击脉冲信号不同，UWB冲击脉冲可直接携带信息；CSS运用一串脉冲携带信息，并在发送端进行调制后发出，接收端经过滤波压缩后提取信息； 3． CSS信号最大技术特征是利用脉冲压缩技术，该技术使得接收脉冲能量非常集中，极其容易检测出来，提高了抗干扰和多路径效应能力； 4． 由于上述技术而使得接收机端可以直接捕获脉冲压缩，从而利用锁相环电路进行时间同步；且由于脉冲压缩技术有很好的抗频率偏移特性，并不需要进行频率同步； 5． 由于CSS信号在时域和频域上同时被扩展，使得信号频谱密度降低；又因为采用脉冲压缩技术，信号通过匹配滤波器获得较大的处理增益，使得整体功耗很低； 6． CSS脉冲信号的产生过程，可以同时运用调频、调幅、调相等技术手段； 7． CSS作为有载波的通讯手段，能够运用于载波UWB系统的开发，从而与目前基于冲击脉冲的UWB系统形成互补； 关于上述技术细节，下文将详细阐述。 二、 CSS技术核心 — 脉冲压缩技术 CSS信号一般被称为切谱信号，台湾学者称为啁啾信号，英文Chirp Pulse。CSS的核心技术是源于雷达系统的脉冲压缩技术。根据该技术理论，带宽为B, 扫频时间为T的CSS信号，经过压缩匹配后，能量将基本集中在中心B/2的区域，而脉冲幅度将提高到 。因此脉冲能量将集中在一个很短的时间内。下图显示CSS信号经过压缩处理后，能量将集中在B/2区域内，且幅度有很大的提高。 Chirp信号（信道信号，压缩前） Chirp信号压缩后，脉冲幅度增加 图2 运用脉冲压缩技术的Chirp信号压缩前后对比 在实际信号调制过程中，一般利用SAW器件（声表面波滤波器），通过激励脉冲触发出具有脉冲特性的CSS信号, 这些信号在信道中传输，并被接收端收到后，经过滤波器处理，获取脉冲压缩。由于接收端检测到的脉冲压缩信号中的噪音成分，解扩时已经在时域上被匹配滤波器展宽削弱或滤掉，这样就等于把宽带干扰转变成窄带干扰，且因有用脉冲幅值很大，很容易被检测到脉冲。 图3 CSS信号发送端到接受端的通讯机理 由于接收端可以运用脉冲压缩技术直接捕获高能量、高幅值脉冲，且抗频率偏移特性较好，实际通讯过程中能够不需要频率同步或者时间同步；这种检测时间精准的特性，为精确的距离测量提供了保证。在测距与定位系统中，接收机总是能够准确而快速的检测到脉冲到达的时间。 三、 CSS与其他扩频手段比较 无线扩频手段包括直接序列扩频（DS，如Zigbee）、跳频(FH)、跳时(TH)以及线性调频(CSS)。这四种技术中，最常用的是前三种，以及其混合系统；第四种一般在雷达系统中才会用到。有时第四种CSS手段也会作为前三种系统的补充应用，用于抵抗这些系统的频移特性。前种系统的缺点如下： 1． DS扩频：处理增益容易受到PN码速率限制；时间同步要求高；捕获时间相对长，也受到PN码长度影响； 2． FH扩频：获取高处理增益的同时，容易受到脉冲和全频带干扰影响；快速跳频系统设计复杂、频率合成难度高；慢速跳频时隐蔽性差； 3． TH扩频：连续波干扰严重；需要峰值功率高，时间同步难； 容易看出，DS系统由于同步时间的问题，以及PN码的限制，在定位与测距系统中很难获得较好的测量结果；FH系统容易受到干扰，不易应用于恶劣环境；TH系统则在功耗和干扰问题上难以适用于现代的低功耗健壮系统的应用；本文第二节中已经介绍CSS系统的特性，不难看出，CSS系统由于采用了脉冲压缩的处理机制，在避免使用PN码的同时，有效实现了脉冲捕获时间精准的需求；而对于脉冲和连续波干扰信号，脉冲压缩处理过程也进行了过滤以及能量分散，