发布时间 : 星期二 文章基于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9d3dc111bf1e650e52ea551810a6f524ccbfcbc0
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）
3.4.3 发送信号
典型的TH-PPM-UWB调制的发射端信号波形如下：
??s(t)?(k)(k)j????)p(t(k)?jTs?c(jk)Tc??a[(kj/Ns]) (3.11)
式中k表示第k个用户，指脉冲重复周期，为脉冲波形函数，是由跳时码控制的脉冲时延， 表示第j个符号。假定信号在=0时刻开始发送的，那么第k个发射机发送的第j个符号的发送时间是在
。
下面对偏移时刻的特征进行分析[2]：
(1)均匀脉冲间隔。形式为，以为周期的脉冲信号。典型的脉冲重复间隔可以是脉冲宽度的几百到几千倍。
(2)伪随机跳时码。为了减少多址通信中的碰撞概率，每个用户指定唯一的跳时码，。它在每个脉冲序列的第j个脉冲上加入了的时移。因为跳时码是以为周期的，所以波形也是周期的，周期为，为使跳时能够在一帧时间内进行，所以要求。如果太小，则发生破坏性脉冲冲撞的概率就会大大增加；如果足够大并有设计良好的跳时码，则在许多情况下多址干扰可被模型化为一高斯随机过程。
(3)数据调制。代表{0,1}的二进制序列起调制作用。在PPM中，如果数据为0，则没有附加的时移调制到脉冲上，如果数据为1就会有一个时移调制在脉冲上，调制度的选择可是系统性能优化。
(4)虽然PN码减小了用户间干扰的可能性，但随着用户的增加，同时收到两个用户脉冲可能性也增大，因此不能一个脉冲而是通过对多个脉冲的采
用统计值判决发送信息。系统性能随变化。和的关系式由式(3-14)来确定。
(3.12)
3.5 多径信道PPM-TH-UWB接收机
如果考虑发射机和接收机之间的多径，那么信道模型和接收机结构都会变的复杂。首先，信道模型中必须体现信道的时变特性；其次，由于失真的存在，接收信号与发射波形之间相似性更差。在室内传输情况下尤其如此，因为此时传播受到许多干扰物体的影响。多径的存在会严重影响接收机性能，但是，如果接收机已知多径信道的详细特性，就可以想办法减小其影响。
3.5.1 连续时间信道冲激响应
从第2章中，我们可以得到连续时间的信道冲激响应：
这里，一个特定的脉冲波形与路径n对应。另外，上式也适用于与方向有关的失真。此时，不同路径对应与接收天线的不同到达角和发射天线的不同发射角。在天线的非均匀方向图情况下，这些路径存在不同的失真。上式所示模型对将来表征脉冲失真很有帮助。
3.5.2 离散时间信道冲激响应
表征多径信道更方便的模型是使用离散时间冲激响应模型。在这个模型中，时间轴被划分成小的时间分区，每个时间区间称为一个时间仓，每个时间仓或者包含有一个多径分量，或者不包含多径分量，但不容许一个时间仓包含多个多径分量。此时，可以把时间仓看作接收机能够区分的两条多径分量的最大时间间隔，换句话说，也就是信道估值设备的分辨率。
根据离散时间信道模型，式（2.12）的冲激响应可以重写为：
（3.13） 其中是一个观测时间区间内时间仓的最大数目，是时间仓的持续时间。
3.5.3 TH-PPM-UWB接收机
当信号通过信道后，发射信号经过衰减、时延、最终失真之后在接收端得到多个信号的叠加。若在观测时间T内（）传播信道波动和与路径有关的失真可以忽略，那么接收机的信号可以表示为：
r(t)??jajsm(t??j)?n(t) （3.14）
其中，是接收机输入端的AWGN。
当信道用离散时间冲激响应表示时，Rake接收机方案可以大大简化。此时，接收机的不同分量在时间上间隔整数倍个时间仓的时间长度，Rake接收机可以使用单相关结构。如图3.2中，相关器将与接收波形相乘，然后积分，其输出结果经间隔抽样，再传送给延时单元和合并器。
r(t)m(t)t?k????????dt???zNR?1z2????NR??NR?1??2??1zNR?z1zTOT估计信号检测器t?jTs?NR??图3.2 离散时间信道Rake接收机
多径信道下Rake接收机的性能可以通过如下方法估计：首先选取一个具有特定信道冲激响应的模型，然后计算不同分集方式下误符号率与的函数关系。通常这种分析是在假定完全知道信道冲激响应的系数或者经过完全估值之后进行的。
使用Rake接收机增加了接收机的复杂性，其复杂程度随判决前分析和合并的多径数目的增加而增大，因此可以通过减少接收机处理的多径分量数目来降低复杂性。然而，减少分析的多径数目会使接收机获取的能量减少。