通信原理论文范例优推4篇

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通信专业论文【第一篇】

我们所说的精细化管理是在一定领域而言的，它是用相对具体的量化标准来代替相对模糊的管理，将量化的概念逐渐的渗入到每一个环节当中，运用量化的数据来提出问题，让无形的管理形式变得有规矩，不断的推行标准化作业一直是我国电力通信专业实施的一项非常重要的措施，为了进一步的开展扩大标准化的覆盖面积，提升通信专业的运维能力，我国在通信工程以及日常的检修方面都进行了现场作业标准化，而且也取得了很好的效果。

巡视作业标准化通信设施的日常巡视工作是非常重要和关键的，可以在巡视的过程当中找出问题，而且在常年的巡视工作中也积累了很多的经验，但是如果按照专业精细化管理和现场作业标准化的要求相比的话，还是会出现一些问题，比如说巡视的内容相对简单，取得的效果也很低，安全措施方面不是特别的到位。为了更好的开展通信设施巡视工作，推动通信的精细化发展，我国开展了通信厂站和通信线路巡视标准化的作业指导书编制和完善，完善的是安全预控措施，也进一步的明确了作业人员的基本要求，根据现场的作业对象，进行行之有效的分析，从而制定相应的预防措施，这样就在一定程度上提高了工作人员的安全意识，进一步的实现了现场作业工作任务清晰、作业程序清晰，安全责任清楚，也确保了工作人员思想到位、措施到位，真正的实现了安全生产。

验收作业标准化通信工程的验收环节也是非常关键的，它会直接关系到通信设施运行维护的最终质量，由于这些年我国对于通信工程的管理不是特别的规范，没有一个较为明确的验收标准，使得很多的工程在验收的时候只能够让老工作人员依靠经验来进行验收，这就给通信设施的运行和维护带来很大的影响。随着我国管理体制的不断发展改变，使得运行维护和工程的建设进行了有效的分离，而通过与工程施工等部门的合作，也为通信工程的标准化施工提供了非常可靠的依据。

检修作业标准化由于通信设备是非常复杂而且种类也是特别多的，通信的专业人员对于设备的熟悉程度也是各不相同的，目前的情况就是图像设备的专业人员对于设备的熟悉程度普遍偏低，缺乏转项的学习，作业人员对作业的程序以及各项安全方面的规则不是特别的熟悉，从而导致作业的最终质量不好，同时也会给运行设备带来一定的安全方面的隐患。

2.开展基础性工作

运行分析制度化为了更好的加强通信系统运行的管理，我国对通信系统运行分析和统计评价的内容和形式都做了非常明确的规定，规定会定期的召开运行分析会，对通信的信息网等系统进行运行情况的分析，通过对出现失误的分析，找出通信系统的弱点，针对这一弱点，进行有针对性的预防和改进措施，对在巡视当中出现的弱点进行分析和处理，通过上诉的做法，可以在很大程度上提高员工的安全生产意识，也进一步的解决了通信设备运行维护当中出现的难点问题，加强了个部门之间的有效交流和沟通，从而保证了整个通信网的安全。

经常进行基础性的普查我们可以根据设施的巡检计划，每年对通信设施的基础性资料进行一次整合，结合通信厂站设备的巡检工作，及时有效的对配线系统进行清理，这样就可以进一步的确保配线资料的准确性。通过对通信设施基础资料的整合，能够积累大量的数据，也能够有效的确保现场设备和运行资料的一致，只有准确的掌握运行设备的真实情况，才能够为通信设施的维护和改造提供准确的理论依据。

3.不断的促进专业管理水平的提升

通信工程类论文【第二篇】

关键词通信工程 课程设置 实践教学

中图分类号G642 文献标识码A 文章编号1674-4810（2013）18-0009-02

通信作为新一代信息技术产业的发展重点，正在成为引领未来经济社会发展的重要力量，被明确写进“十二五”国家战略性新兴产业发展规划。在未来几年建设中，通信产业必将迎来巨大的发展机遇。通信产业的崛起促进了高等教育通信工程专业的快速发展，1998年教育部颁布普通高等学校本科专业目录和规范，首次明确了通信工程专业的培养目标。2012年教育部高等教育司又新颁布《普通高等学校本科专业目录（2012年）》和《普通高等学校本科专业设置管理规定》，新目录中的通信工程专业内涵清晰，结构合理。

天津理工大学的通信工程专业，是在学校1978年设立的第一批本科专业（无线电专业）基础上，在2000年根据教育部专业目录以及学校调整合并而成。作为天津市地方高校中最早建立的通信工程本科专业，本专业贯彻学校“服务地方，面向基层”的办学理念，秉承“重德重能，求实求新”的校训精神，坚持走“产、学、研”结合的办学之路，在学科专业建设中形成了明显优势，并获得“天津市品牌专业”的称号。

鉴于目前通信工程人才的供需和人才现状，着眼于天津及滨海新区的信息化和信息产业的发展需要，本专业针对如何培养创新型通信工程人才，在通信工程品牌专业人才培养模式和教学改革方面开展了一系列的探索和实践，修改后的培养方案充分体现了“宽口径、厚基础、重素质”的教育思想和21世纪培养人才的要求。

一 更新教育教学理念

根据通信行业和通信技术的发展及其对通信人才的需求，结合我校的学科特色和通信工程品牌专业的具体情况，更新教育教学理念，坚持“强化基础、注重实践、突出能力、提高素质”的思想，侧重分类培养，着眼于学生长远发展，以学生能力培养为核心，强化工程实践能力和创新能力的培养与训练，在重视基础理论、基础知识、基本能力、初步科学研究能力和实际工作能力培养的基础上提高学生的综合应用能力，贴近社会需求，注重课程体系的整体优化，培养出基础扎实、知识面宽、能力强和素质高、具有竞争力的高质量通信人才。

二 强化以培养能力为主线的课程体系建设

通信工程是我校传统优势专业，长期以来形成了基础扎实、学风严谨、踏实肯干的特色。本专业主要培养具备通信与信息系统的基础知识和专业知识，能从事通信理论、通信系统、通信设备以及信息系统的研究、设计、制造、运营、应用和开发的高级应用型工程技术人才。构建通信工程专业的课程体系时，分析社会用人单位的需要，结合学科特点，以“宽口径、厚基础、重素质”为培养目标，建立以培养能力为主线的课程体系。

我校的通信工程专业分为两个专业方向，分别是无线通信（方向一）和光纤通信（方向二）。方向一对专业基础课程“现代通信原理”和“数字信号处理”有更高的要求，主修的内容包括：CDMA扩频通信原理、移动通信等，学习移动通信中的各种接入技术。方向二强调光纤主干网络的传输与交换技术。主修的内容包括：光纤通信、现代交换技术等。

在充分论证、研究和分析专业知识衔接关系的基础上，对培养方案中的课程设置进行改革。首先，课程设置要围绕素质教育（思想品德、文化素养、科学精神、身心素质）。其次，体现宽口径原则，设置学科基础模块、专业必修模块和专业选修模块。学科基础模块中有电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、现代通信原理等课程，通过学习可使学生掌握电路以及通信系统的基本理论和基本分析方法，为培养核心能力打下基础。专业必修模块中有数字信号处理、通信网络基础和信息理论基础等课程，既能巩固基础知识，又能为培养专业技能打下坚实的基础。再次，面向就业需求，加大选修课的开设力度，并增加必要的前沿性专题讲座。选修课的开设可大大缓解目前通信技术知识广泛而学时数有限的矛盾，我校通信工程专业先后开设了多媒体通信、卫星通信、数字电视原理等课程。此外，信息科学前沿讲座的特点是针对性强，涉及面广，并具有一定的独立性，信息量大，有利于及时传授新知识，培养学生对各种学科信息的综合处理与创新能力，对于提高学生的就业适应能力具有很好的效果。

三 强化实践教学

通信工程专业对学生的工程实践能力、独立工作能力以及创新能力的要求较高，因此在课程结构设置方面应适当减少理论课的学时比例，增加综合实验、课程设计、工程实践训练的比例，促进理论与实践的紧密结合。以发展个性、因材施教作为教学实践的基本原则，把分类培养、启发创新作为教学实施的关键。

综合性实验是指实验内容涉及本课程的综合知识或相关课程知识的实验。开设综合性实验的目的在于培养学生的综合分析能力、实验动手能力、数据处理能力及查阅中外文资料的能力。

然而，随着通信技术的快速发展，一些通信专业实验的

* 本文得到了天津理工大学教学改革项目的资助（编号：YB11-34、YB11-06）

设备昂贵、投资巨大，制约了通信工程专业实验室的建设。为了合理利用资源，在实验教学过程中可以将一些不能或不便用实验演示的基本概念、基本方法、理论结论用计算机来演示。如采用EDA、SPICE、MATLAB等软件可以实现电子、通信、信号等系列课程实验教学。MATLAB语言是一种面向科学与工程计算的高级语言，MATLAB除了在科研领域备受青睐，在高校也被广泛使用。MATLAB不仅可以作为理论教学的示范性工具，还可以作为实验教学的主要工具。利用MATLAB仿真技术进行实验项目的开发，能有效弥补某些传统实验所带来的不便和不足，同时由于其不受场地环境和设备的限制，通信工程专业的信号与系统、现代通信原理、数字信号处理等很多课程都可以增加MATLAB的仿真设计实验。

为了加强创新人才培养，提高学生实践动手能力，我校在本科培养方案中鼓励增设创新与研修类课程。该类课程由学生按要求自由选择，该类课程的教师针对那些对本课程有浓厚兴趣的学生，结合课程的教学内容，提出一些项目的设想，让学生可以根据自身的情况，选择一定的机会来参加科研活动，撰写科技论文，以此来提高学生的创新能力。学院鼓励本专业的大学生参与各种科技立项和大赛等，其中科技立项的项目均来自老师的科研，并指派相关老师进行指导，学生通过以上一系列的锻炼，理论和实践能力都得到了大幅提升。

四 总结

根据质量工程中对品牌专业建设的要求，为了进一步提高本科生教学质量和效果，我们应更新教育教学理念，坚持“强化基础、注重实践、突出能力、提高素质”的思想，着眼于学生长远发展，以学生能力培养为核心，强化工程实践能力和创新能力的培养与训练，建立分层分类培养结构，优化整合课程内容，注重实践教学，强化工程实践能力和创新能力的培养与训练，充分满足“宽口径、厚基础、重素质”的教育思想和新世纪培养人才的要求。

参考文献

[1]我国国民经济和社会发展十二五规划纲要[EB/OL]. http：//

[2]电子信息科学与工程专业教学指导分委员会。通信工程专业发展战略研究报告[EB/OL].http：///yjbg_ 7796/20090212/t20090212_

[3]教育部。教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见。教高〔2007〕1号

通信专业论文【第三篇】

高职院校实践教学在高职教育教学中扮演着一个非常重要的角色，伴随着高等教育教学工作的不断进步，目前正在实施的实践教学方式，对于教师和学生能力培养，以及在教学管理上的缺点也很明显，主要就是以下几个方面：(1)教学内容跟不上时代需求，在学校学习的东西进入社会已经落伍；(2)教师很大一部分照本宣科，不能跟实际应用有很好的结合；(3)对于理论教学比较关注，而实验机制却是相对死板，不健全，让学生自己动手的机会比较少；(4)课程之间的相关性和连续性不强，造成学生不能整体把握项目思路；(5)学校依旧采用传统填鸭式的形式进行教学，学生的学习积极性和求知欲得不到提高；(6)大部分教师比较缺乏实际经验，在遇到一些实际企业应用问题时不能很好解决问题；(7)而学生只关注技能学习，而缺乏对工程管理、项目规范、项目文档编制、团队协作和沟通的重视，这样是不能达到企业对具备综合素质人才的要求。

二、CDIO模式下的通信专业课程教学设计与实践

(一)课程整体设计思路

CDIO模式下的高职通信专业教学要求专业课程教学一定要从开始就引入通信技术相关工程实践理念，在课程整体教学设计中，以项目为基础，问题为先导，解决问题为目的，能力为前提，充分整合知识，给学生相对完整的工程实践体验。按照CDIO工程教育理念，围绕着学生“成长、成材和成功”的目标，注重培养学生在扎实理论基础上的较为过硬的实践能力和解决问题的思路及方法；注重提高人文素养与科学素养为内涵的学生的综合素质；注重培养学生的技术知识和推理能力，拥有职业能力和正确态度，具备工程技术能力、自主学习能力、“三创(即创意、创新和创业)”能力、组织及协同工作能力、系统调控能力和综合竞争能力为目标，构建适合学生终身发展(学习)的创新人才培养方案。在进行课程整体设计时，通过召开行业协会、专业指导委员会等会议讨论，明确了课程目标，并对相应岗位的典型工作任务进行了分析与具体的描述，最终整理、细化了课程的内容。

(二)教学内容组织与安排

CDIO的教育模式一定要在正常规律下来安排教学内容进行人才培养，一般情况下都是从实验技能培训开始，再到创新实验训练，学生在这一从简单到复杂的项目实训过程，创新能力得到很大程度上的提升。在CDIO教育理念的基础上，我们把“光传输设备运行维护”这门课程的教学内容分为如下七个项目进行展开讲解。项目一到项目三主要是基础实践的项目，项目四到项目六设置的是专项实践项目，项目七是综合型实践项目。这七个项目的难易程度逐渐增加，每个项目都是以每一次课为基本单位，而又由若干个任务组成，并且它的组织形式与逻辑都是对接岗位工作的需求。所有项目都是按照真实的工作情境进行设计的，从多个角度考察了学生在正常、意外、紧急情况下，对于技术策略与方法的实施能力。每一个项目都有特定的能力训练目标、知识目标、素质目标，还设置了专门的考核验收点进行项目验收。除此之外，课程教学中特别设置了三个难度递增的、规模较大的综合实践训练项目，让学生在第二课堂充分发挥他们的创新能力并提升自己，已经作为通信专业其它核心课程(“通信线路工程”、“光接入网技术”等)比较相适应的。就好比，在进行“SDH设备链形组网配置”项目研究时，建立通信运营商的传输组网需要在特定的情境下进行，让学生扮演通信代维企业的传输班组技术员的身份，对链形网络设备间光纤的连接和三台SDH的设备数据业务适合的配置，还要对链形组网进行测试。通信一体化实训基地通常就是我们的教学场所，一个小组由两名学生组成，作为资源管理员和业务调度员的身份来开展工作。而当中资源管理员的主要任务就是对SDH设备电口、光口时隙分配及数据脚本进行设计，业务调度员有两个任务：链形网络设备光纤进行连接和组网功能测试。这个教学项目的实施过程，就是通信代维公司传输部技术员岗位在实际工作流程具体开展的内容，具体包括咨询准备时的构思、制定计划并决策时的设计、业务软、硬件配置的实施和检查控制与测试运行。而教师在整个教学活动内容中给学生创设情境、启发引导、技术指导、调度协调，学生也要设身处地的投入到角色分工、制定计划、方案论证、任务实施及检查修正等所有环节中。另外，当在项目开展过程中面对一些突发的状况时，教师要做的就是积极引导学生，拓展他们的思路，在寻求各种解决方案完成任务时得到能力的提升。

(三)课程的评价标准

在CDIO的标准理念基础上，在整个项目的实施的过程中，主要评估测评师生这三方面的能力：职业能力、方法能力与社会能力。一方面，需要评估学生在项目实施过程中的学习情况和职业行为素养；另一方面，也要对教师在教学设计科学性与有效性上进行评估。例如，针对“光传输设计运行维护”课程，考核内容有两个部分组成形成性评价和终结性评价。而形成性评价又包括60%项目实施和20%公共素养，项目实施包括的内容有考核项目操作、项目实现、项目报告这些情况，公共素养则包括考核作业考核、团队协作和交流表达。形成性评价则是在每个项目结束后，由教师、学生本人、同学三方进行共同评定，以取平均值统计到最后的成绩中。而还有20%终结性评价，主要是针对学生对于光传输维护运行必要的理论知识的把握情况，这个就可以通过期末考试的形式来进行测评。与此同时，还需要在平行班级之间，以教师互评、学生评教和考教分离等这些形式来展开多样化的考核教师教学设计和实施的具体情况。

三、实践教学运行环境

(一)实践教学环境设计

CDIO的主要内容就是“做中学”和在项目的学习的基础上(projectbasedlearning)通过集中概括和抽象表达两种形式来进行，一个好的教育环境建设非常关键，对于在实施EP－CDIO这个的过程当中，通过把工程项目和工程职场环境进行巧妙的结合，实践教学环境主要是以“4+1”的形式进行完善，简单地说就是把产品生命周期作为基础，建立CDIO实验室的主要的四个“功能区”，并且同时建立一个创新实验室。四个“功能区”的主要任务就是在特定的工程环境下，完成产品构思、设计、实现、运作等这四项功能，以此来提高学生的专业知识和技能储备，并且还能锻炼学生团队意识和CDIO基本能力。创新实验室的功能就是给学生提供一个开展创新活动的平台，开发学生的创新能力。

(二)实践教学设计

EP－CDIO实践教学不仅仅是在物理环境下运行，而是为培养学生对于相关联的人、事、物之间的关系，教学设计过程中，值得注意的是要让学生能获取知识、运用知识、共享知识、传播知识，更重要的是发现知识的途径和方法。在教师正常教学当中必须注意的是：一定要以学生作为一个主体前提，来开展教学活动，而教师则是扮演一个主导者，以引导为主，不宜把所有内容都进行讲解；在教学过程中，把典型的产品作为教学载体，也不能唯产品说产品，而应该是把产品的典型工程和应用到的工程方法加入其中；活动从开始到结束，都应该让学生自己组织和自我管理，教师需要做的就是在遇到困难时加以引导；并且给学生的评价应该先有一个标准；最后一点就是实践场所应该不局限在在课堂时间上，在课堂外也应该尽量开放给学生。

四、结语

通信毕业论文【第四篇】

超宽带（UWB,Ultra Wide Band）无线技术在无线电通信、雷达、跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域具有广阔的应用前景，因此被认为是未来几年电信热门技术之一。1990年，美国国防部首先定义了“超宽带”概念，超宽带无线通信开始得到美国军方和政府部门的重视。2002年4月，美国FCC通过了超宽带技术的商用许可，超宽带无线通信在民用领域开始受到普遍关注。目前“超宽带”的定义只是针对信号频谱的相对带宽（或绝对带宽）而言，没有界定的时域波形特征。因此，有多种方式产生超宽带信号。其中，最典型的方法是利用纳秒级的窄脉冲（又称为冲激脉冲）的频谱特性来实现[1]。

超宽带无线电是对基于正弦载波的常规无线电的一次突破。几十年来，无线通信都是以正弦载波为信息载体，而超宽带无线通信则以纳秒级的窄脉冲作为信息载体。其信号产生、调制解调、信号隐蔽性、系统处理增益等方面，具有独特的优势，尤其是能够在密集的多径环境下实现高速传输。由于脉冲持续时间很短，多径分量在时域上不易重叠，多径分辨能力高，通过先进的多径分离技术或瑞克接收机，可以充分利用多径分量。

目前，典型的超宽带无线通信调制方式以TH-PPM、TH-PAM为主，本论文中，介绍超宽带无线通信中的调制技术，主要讨论TH-PPM、TH-PAM的基本原理，并且对比调制技术的优缺点，性能的好坏，并进行动态的仿真，从仿真图中较清楚的研究调制方式，从而得出正确的结论，细致的研究超宽带无线通信中的调制技术。

关键字：超宽带 调制方式 PPM调制 PAM调制 OFDM调制

2 概述

总述

近几年来，超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视。超宽带通信技术以其传输速率高、抗多径干扰能力强等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。FCC(美国通信委员会) 对超宽带系统的最新定义是：相对带宽(在- 10dB 点处) (fH - fL)/fc > 20 %(fH ,fL ,fc分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率) 或者总带宽BW> 500MHz。[1]它与现有的无线电系统比较，在花费更小的制造成本的条件下，能够做到更高的数据传输速率(100～500MbPs) 、更强的抗干扰能力(处理增益50dB 以上) ,同时具有极好的抗多径性能和十分精确的定位能力(精度在cm 以内) 。

UWB基本原理

发射超宽带(UWB) 信号最常用和最传统的方法是发射一种时域上很短(占空比低达0. 5 %) 的冲激脉冲。这种传输技术称为“冲击无线电( IR) ”。UWB - IR 又被称为基带无载波无线电，因为它不像传统通信系统中使用正弦波把信号调制到更高的载频上，而是用基带信号直接驱动天线输出的[6];由信息数据对脉冲进行调制，同时，为了形成所产生信号的频谱而用伪随即序列对数据符号进行编码。因此冲击脉冲和调制技术就是超宽带的两大关键所在。

脉冲信号

从本质上讲，产生脉冲宽度为纳秒级的信号源是UWB 技术的前提条件。目前产生脉冲信号源的方法有两类： ①光电方法，基本原理是利用光导开关导通瞬间的陡峭上升沿获得脉冲信号。由于作为激发源的激光脉冲信号可以有很陡的前沿，所以得到的脉冲宽度可达到皮秒(10 - 12 ) 量级。另外，由于光导开关是采用集成方法制成的，可以获得很好的一致性，因此是最有发展前景的一种方法。②电子方法，利用微波双极性晶体管雪崩特性，在雪崩导通瞬间，电流呈“雪崩”式迅速增长，从而获得具有陡峭前沿的波形，成形后得到极短脉冲。在电路设计中，采用多个晶体管串行级联，使用并行同步触发的方式，加快了雪崩过程，从而达到进一步降低脉冲宽度的目的[7]。

冲激脉冲通常采用单周期高斯脉冲，典型的单周期高斯脉冲的时域和频域数学模型分别表示为：

(2-1)

(2-2)

单周期脉冲的宽度在纳秒级(0. 1～1. 5ns) ,重复周期为25～1000ns ,具有很宽的频谱，如图2-1 所示。实际通信中使用的是一长串的脉冲，由于时域中信号的周期性造成了频谱的离散化，周期性的单脉冲序列频谱中出现了强烈的能量尖峰。这些尖峰将会对信号构成干扰，通过数据信息和伪随机码来进行编码P调制，改变脉冲与脉冲间的时间间隔，可以降低频谱的尖峰幅度[2]。

图2-1 　单周期脉冲的时间域和频率域的表示

UWB的调制技术

超宽带系统中信息数据对脉冲的调制方法可以有多种。脉冲位置调制( PPM) 和脉冲幅度调制(PAM) 是UWB 最常用的两种调制方式。通常UWB信号模型为：

(2-3)

其中，w ( t) 表示发送的单周期脉冲， dj , tj 分别表示单脉冲的幅度和时延。

a PAM- UWB

PAM是一种通过改变那些基于需传输数据的传输脉冲幅度的调制技术。在PAM调制系统中，一系列的脉冲幅度被用来代表需要传输的数据。任何形状的脉冲都是通过其幅度调制使传输数据在{ - 1 , + 1}之间变化(对于双极性信号) 或在M 个值之间变化(对于M 元PAM) 。增加传输脉冲所占的带宽或减少脉冲重复频率，都可以增加一个固定平均功率谱密度的UWB 系统所能达到的吞吐量和传输距离，可以看出这一效果与增加传输功率的峰值的效果是相似的。[8]

采用脉冲幅度调制(PAM)的超宽带信号波形如下：[4]

(2-4)

其中， dj 是信息序列， Tf 是脉冲重复周期。根据dj 的不同取值， 可将PAM调制方式分为以下三种：

（1） OOK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为0) ;

（2）PPAM(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为β1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为β2) ;

（3）BPSK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为- 1) 。

对于这三种方式，在超宽带的PAM调制方式中多采用BPSK方式。

b PPM- UWB

脉冲位置调制(PPM) 又称时间调制(TM) ,是用每个脉冲出现的位置落后或超前某一标准或特定时刻来表示某个特定信息的[3]。二进制PPM 是超宽带无线通信系统经常使用的一种调制方法，相对其它调制方法来说也是较早使用的一种方法。采用PPM的一个重要原因是它能够使用零相差的相关接收机来接收检测信号，而这种接收机有着非常好的性能。采用脉冲位置调制( PPM) 的超宽带信号波形如下：

(2-5)

其中， dj 取0 或1 ,δ为调制因子， 与脉冲宽度Tm (1/Tf ) 是一个数量级。当发送数据为1 时脉冲就会相应滞后一个时延δ。

图2-2 给出了上述四种调制方法的信号波形图，对这四种调制方式给出了一个比较直观的描述。

除了这些对脉冲的调制方法外，用伪随机码或伪随机噪声(PN) 对数据符号进行编码以得到所产生信号的频谱时，根据编码的不同即扩频和多址技术不同，超宽带系统又被分为跳时的超宽带系统(TH - UWB) 、直扩的超宽带系统(DS - UWB) 、跳频的超宽带系统(FH - UWB) 和基带多载波超宽带系统(MC - UWB) 等[9]。

图2-2 　不同调制方式的信号波形[4]

UWB 技术特点

由于UWB 与传统通信系统相比，工作原理迥异，因此UWB 具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点[4]:

(1)系统容量大。香农公式给出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出，带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应，这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统。

(2)高速的数据传输。UWB 系统使用上GHz 的超宽频带，根据香农信道容量公式，即使把发送信号功率密度控制得很低，也可以实现高的信息速率。一般情况下，其最大数据传输速度可以达到几百Mbps～1Gbps。

(3)多径分辨能力强。UWB 由于其极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率，窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠，很容易分离出多径分量，所以能充分利用发射信号的能量。实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10～30dB 的多径环境，UWB 信号的衰落最多不到5dB。

(4)隐蔽性好。因为UWB 的频谱非常宽，能量密度非常低，因此信息传输安全性高。另一方面，由于能量密度低，UWB 设备对于其他设备的干扰就非常低。

(5)定位精确。冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，可在室内和地下进行精确定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内。与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置， 其定位精度可达厘米级。

(6)抗干扰能力强。UWB 扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB 的占空比一般为0. 01～0. 001 ,具有比其它扩频系统高得多的处理增益，抗干扰能力强。一般来说，UWB 抗干扰处理增益在50dB 以上。

(7)低成本和低功耗。UWB 无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环( PLL) 、压控振荡器(VCO) 、混频器等， 因而结构简单，设备成本将很低。由于UWB 信号无需载波，而是使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0. 20ns～1. 5ns之间，有很低的占空因数，所以它只需要很低的电源功率。一般UWB 系统只需要50～70mW 的电源，是蓝牙技术的十分之一[10]。尽管如此，UWB 在技术上面临一定的挑战， 还有诸多技术的问题有待研究解决，比如需要更好地理解UWB 传播信道的特点，建立信道模型，解决多径传播；需要进一步研究高速脉冲信号的生成、处理等技术；研究新的调制技术，进一步降低收发结构的复杂度等。

UWB发射机和接收机组成框图

UWB发射机组成框图

UWB发射机直接发送纳秒级脉冲来传输数据而不需使用载波电路。所以，UWB发射机比现有的无线发射设备要简单得多。TH-UWB发射机组成框图如图2-3所示[5]。

图2-3 UWB发射机组成框图

调制后的数据与伪码产生器生成的伪码一起送入可编程延迟电路，可编程延迟电路产生的时延控制脉冲信号发生器的发送时刻，脉冲信号发生器输出的UWB信号由天线辐射出去。脉冲信号产生电路的一个关键部分是天线，它的作用相当于一个滤波器。

UWB接收机组成框图

TH-UWB接收机采用相关接收方式，接收机框图如图4所示。图4中虚线内的部分是相关器。它由乘法器、积分器和取样/保持电路三部分组成[5]。

接收机与发射机类似，两者的区别在于接收机的基带信号处理器从取样/保持电路中解调数据，基带信号处理器的输出控制可编程时延电路，为可编程时延电路提供定时跟踪信号，保证相关器正确解调出数据。

图2-4 UWB接收机组成框图

UWB 技术的应用前景

UWB 系统在很低的功率谱密度的情况下，UWB具有巨大的数据传输速率优势，最大可以提供高达1000Mbps 以上的传输速率，使UWB 同其它短距离无线通信系统的技术优势非常明显，如表1 所示。现有的各种无线解决方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 则在10m 左右的范围之内打破了这一限制，UWB 的应用将使人们可以摆脱更多线缆的牵绊，通信因而变得更为方便[6]。

结束语

无线通信已经迅速渗入我们的生活当中，对容量不断增长的要求需要一种不对现有的通信系统造成影响的新的无线通信方案，超宽带脉冲无线电系统正好满足了这一要求。UWB 技术对于无线短距离的高速数据通信是非常有竞争力的，随着研究的深入，凭借多方面的优势，它将在很多领域占有一席之地。特别是短距离传输的后3G领域，UWB 将有广阔的发展空间[8]。

表1 　几种短距离无线通信比较

IEEE802. 11a

Bluetooth

UWB

工作频率

2. 4GHz

2. 402～2. 48GHz

3. 1～10. 6GHz

传输速率

54Mbps

小于1Mbps

大于480Mbps

通信距离

10m～100m

10m

小于10m

发射功率

1 瓦以上

1 毫瓦～100毫瓦

1 毫瓦以下

容量空间

80kbps/m2

30kbps/m2

1000kbps/m2

应用范围

无线局域网

家庭和办公室互连

近距离多媒体

终端类型

笔记本、台式电脑、掌上电脑、因特网网关

笔记本、移动电话、掌上电脑、移动设备

无线电视、DVD , 高速因特网网关

3 MATLAB 软件工具介绍

MATLAB语言的概述

MATLAB是一种科学计算软件，适用于工程应用各领域的分析设计与复杂计算，它使用方便，输入简捷，运算高效且内容丰富，很容易由用户自行扩展。因此，它已成为大学教学和科学研究中最常用且必不可少的工具。

MATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratoy）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需求。与其他计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。它用解释方式工作，键入程序立即得出结果，人机交互性能好，为科技人员所乐于接受。特别是它可适应多种平台，并且随计算机硬、软件的更新而用时升级。因而，MATLAB语言是数值计算用得最频繁的电子信息类学科工具。它大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。

MATLAB的历史

在1980年前后，美国的Cleve Moler博士在New Mexico大学讲授线性代数课程时，发现应用其他高级语言编程极为不便，便构思并开发了MATLAB（MATrix LABoratory，矩阵实验室），它是集命令翻译、科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大学进行了几次的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本。它是以著名的线性代数软件包LINPACK和特征计算软件包EISPACK中的子程序为基础发展而成的一种开放型程序设计语言，其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵，这就允许用户可以根据数值计算问题的复杂程序，对问题进行分段甚至逐句编程处理，显然这与C、FORTRAN等传统高级语言完全不同。在MATLAB下，矩阵的运算变得异常的容易，后来的版本中又增添了丰富多彩的图形图像处理及多媒体功能，使得MATLAB的应用范围越来越广泛，Moler博士等一批数学家与软件专家组建了名为MathWorks的软件开发公司，专门扩展并改进MATLAB。

为了准确地把一个控制系统的复杂模型输入给计算机，然后对之进行进一步的分析与仿真，1990年MathWorks软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并定名为SIMULAB，该工具很快在控制界得致函广泛的使用。但因其名字与著名的软件SIMULA类似，所以在1992年正式改名为SIMULINK。此软件有两个明显的功能：仿真与连接，亦即可以利用鼠标在模型窗口上画出所需的控制系统模型，然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真。很明显，这种做法使得一个很复杂系统的输入变得相当容易。SIMULINK的出现，更使得MATLAB的控制系统的仿真与其在CAD中的应用打开了崭新的局面。

MATLAB语言的特点

MATLAB语言有以下特点。

(1) 起点高

每个变量代表一个矩阵，以矩阵运算见长。当前的科学计算中，几乎无处不用矩阵运算，这使它的优势得到了充分的体现。

(2) 人机界面适合科技人员

MATLAB的语言规则与笔算式相似。MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此，易写易读，易于在科技人员之间交流。矩阵的行列数无需定义。MATLAB不必有阶数定义，输入数据的行列数就决定了它的阶数。键入算式立即得到结果，无需编译。MATLAB是以解释方式工作的，即它对每条语句解释后立即执行，若有错误也立即做出反应，便于编程者立即改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。

(3) 强大而简易的做图功能

能根据输入数据自动确定坐标绘图，能规定多种坐标系，（极坐标系、对数坐标系等），能绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全，通常只需一条命令即可出图。

(4) 智能化程度高

绘图时自动选择坐标，大大方便了用户；做数值积分时自动按精度选择步长；自动检测和显示程序错误的能力强，易于调试。

(5) 功能丰富，可扩展性强

MATLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分。

基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分等等。可以充分满足大学理工科学生的计算需要。

扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等工具箱，并且向公式推导、系统仿真和实时运行等领域发展。

MATLAB的核心内容在于它的基本部分，所有的工具箱子程序都是用它的基本语句编写的。

MATLAB仿真

通过利用所学的理论知识，建立一个完整、准确的需求说明，清楚、准确地提出仿真试验所要解决的问题。

对所提出的仿真系统给出详细定义，明确系统中的模块、系统构成、模块之间的相互关系，系统的输入输出、边界条件以及系统的约束条件，并明确仿真所要达到的目标。

根据仿真系统分析的结果，确定系统中的参数、变量及其互之间的关系，并以数学形式将这些关系描述出来，从而构成仿真系统的数学模型。数学建模是系统仿真中最关键的一步，所建立的数学模型必须尽可能准确地反映所关心的真实系统的特性，而又不能过于复杂，以免降低模型的效率，增加不必要的计算过程，即建模需要根据求解问题的要求，在模型的近似程度与复杂程度之间折中。电子与通信系统的数学模型通常以方框图形式或数学方程形式来表达。

根据建立的数学模型所需要的数据元素，收集与模型系统有关的数据。根据数学模型建立系统的计算机仿真模型，收集数据，确定其中各子模块的结构，输入输出接口，输入输出的数据表达形式，数据的存储方式等。然后编制相应的程序流程，用MATLAB语言实现。

仿真模型验证的目的是确定计算机仿真模型是否准确表达了数学模型。仿真模型验证通常的方法是将数学模型的解析结果（或理论结果）与仿真所得到的数值结果相比较来完成的；或通过已知的系统输入输出结果，对比在相同条件下的系统仿真结果来验证仿真模型的正确性。

根据仿真试验设计的方案，让计算机执行计算，并在执行计算的过程中了解仿真模型对于各种不同输入信号以及不同参数和仿真机制下的输出，得出试验数据，从而预测系统在实际环境中的运行情况。

对仿真模型的运行阶段所产生的数据进行分析，其目的是从运行阶段所产生的数据中找出系统运行规律，对仿真系统的性能做出评价，为系统方案的最终决策提供辅助支持。对仿真结果进行分析，对仿真数据的可靠性、一致性、置信度等做出判定，最终将仿真结果以曲线、图表和文字等形式形成论文。

4 超宽带无线的调制技术

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”（Impulse Radio,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-Hopping UWB）。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（IR）中被称为直接序列超宽带（DS-UWB，Direct-Sequence UWB），这种调制方式似乎非常有吸引力[1]。

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。

本文主要讨论TH-UWB、DS-UWB和OFDM调制方式。

PPM-TH-UWB 调制方式

跳时超宽带信号的产生

在结合了二进制PPM的TH-UWB(二进制PPM-TH-UWB或者PPM-TH-UWB)中，UWB信号的产生可以系统地描述如下(参见图4-1描绘的发射链路) [1]。

SHAPE \* MERGEFORMAT

图4-1 PPM-TH-UWB信号的发射方案

给定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率Rb=1/Tb (b/s)，图4-1中的第一个模块使每个比特重复Ns次，产生一个二进制序列：

(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=

(...,a0,a1,…aj,aj+1,…)=a

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c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)和二进制序列a=(…,a0,a1,…,aj,aj+1,…),产生一个新序列d，序列d的一般元素表达式如下：

dj=cjTc+aj （4-1）

式中，Tc和 是常量，对所有的cj满足条件cjTc+

这里的d是一个实数值序列，而a是二进制序列，c是整数值序列。现在我们遵循最常用的方法，假定c是企业界随机码序列，它的元素cj是整数，且满足

0 cj Nh-1。 码序列c可能为周期序列，其周期表示为Np。两种特殊情况值得讨论。第一种，码是非周期的，即 ；第二种是Np=Ns，这是最常用的一种，这时的编码周期与二进制码重复的次数相等。我们必须牢记：传输编码扮演了码分多址编码和发射信号的频谱形成双重角色[1]。

实数值序列d输入到第三个模块，即PPM调制模块，产生了一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts(脉冲/s)的单位脉冲(Dirac pulses ) 序列。这些脉冲在时间轴上的位置为 ，因此脉冲位置在jTs基础上偏移了dj，脉冲的发生时间也可表示为( )。注意是码序列对c信号引入了TH位移，也正因为此，c被称为TH码。还要注意一点就是由PPM调制引起的位移 ，通常比TH码引起的位移cjTc小得多，即： ，cj=0除外。Tc称为码片时间(chip time)。

最后一个模块是脉冲形成滤波器，其冲激响应为。必须保证脉冲形成滤波器输出的脉冲序列不能有任何的重叠。

以上所有系统级联以后的输出信号 可表示如下：

(4-2)

比特间隔或比特持续时间，也即用于传输一个比特的时间Tb，可表示为：Tb=NsTs。在式(4-2)中，cjTc定义了脉冲的随机性或者说是相对于Ts整数倍时刻的抖动。如果用随机TH抖动 来表示由TH编码cjTc引起的时间上的位移，并假定 在0和 之间分布，则可得到：

(4-3)

正如前面提到的， 通常远大于 。这两个量的整体效果是产生一个分布在0和 之间的时间随机位移量，用 表示这个时间随机位移，可得发射信号的如下表达式：

(4-4)

更一般性地概括式(4-2)所表示的信号，其思想是：对于信息比特“0”和“1”，可以发射两个不同的脉冲波形 和 来分别表示。上面分析的PPM调制的例子，引入了 这个时间位移量，它的值根据它所代表的比特而有所不同，其实是上述思想的特殊例子，其中的 是 位移以后的波形。一种更一般的表达式：

(4-5)

当将 设置为- 时，式(4-5)也表示了PAM和TH-UWB的结合，即PAM-TH-UWB模型[1]。

PPM-TH-UWB的发射链路 系统模型如图4-2所示

SHAPE \* MERGEFORMAT

图4-2 PPM-TH-UWB 发射器的系统模型

图4-2中的第一个模块表示二进制源。这个模块的输出是发射到物理信道的二进制流。第二个模块表示重复码编码器。二进制流的每一个比特都被重复次。第三个模块仿真TH编码和二进PPM。这里考虑伪随机TH码。最后一个模块是脉冲形成。这个模块的冲激响应表示要发射的UWB信号的基本脉冲波形[1]。

PPM-TH-UWB 仿真结果及其分析

图（4-3）显示了参数设置如下时所产生的UWB信号

以dBm为单位的平均发射功率Pow， 信号的抽样频率fc， 由二进制源产生的比特数numbits， 平均脉冲重复时间Ts（单位为秒），每个比特映射的脉冲数Ns， 码片时间Tc（秒）， 跳时码的码元最大值Nh和周期Np，冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau（秒）， PPM时移dPPM（秒）。

Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=3e-9, Ns=5,

Tc=1e-9, Nh=3, Np=5, Tm=, tau=,

dPPM=

由图4-3中可以看到输出序列的前五个脉冲在其对应时隙的中间位置，而后五个脉冲则在其对应时隙的起始位置。

图4-3 PPM-TH-UWB 发射机产生的信号

图4-4 PPM-TH-UWB的幅度谱

由图4-4可以看出，TH编码和PPM调制都对幅度谱的高斯形状产生扭曲。PPM-TH-UWB信号的幅度谱将完全包含在无TH编码和无PPM调制的幅度谱包络中，这是因为以同样的形状和同样的平均功率传输等间隔脉冲的结果。

PAM-DS-UWB调制方式

直接序列超宽带信号的产生

直接序列扩谱（DS-SS）是一种著名的数字调制方式。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。[1]

更详细地，上述信号可以通过如下过程产生（见图所示发射链路）。

SHAPE \* MERGEFORMAT 图4-5 PAM-DS-UWB 信号的发射方案

假定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率为Rb=1/Tb (b/s)，图4-5中的第一个系统将每个比特重复Ns次，得到序列：(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=a*，其速率为Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。与TH方式相似，系统引入的冗余相当于一个参数为(Ns,1)的重复码编码器。

第二个系统将a*序列转换成只含有正值和负值元素的序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，转换公式为：( ).

发射编码器将一个由 1组成、周期为Np的二进制码序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)应用到序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，产生一个新序列d=a·c，其组成元素dj=ajcj。通常假定Np等于Ns，更具一般性的假定是Np等于Ns的整数倍。注意，序列d的元素值为 1，这一点与序列a相同，其速率为Rc=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。

序列d进入第三个系统——PAM调制器，产生一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts （脉冲/s）的单位脉冲（Dirac脉冲 ）序列，其位置在jTs处[6]。

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。

以上系统级联后的输出信号可以表示为

(4-6)

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。很容易知道，由于没有时移而且脉冲以规则的时间间隔出现，计算式(4-6)所示信号的PSD要比计算式(4-2)所示信号的PSD更容易。

上述方式的一种变形是使用PPM调制器代替PAM调制器，得到的信号可表示为：

(4-7)

注意到在式(4-7)中，由于码的伪随机特性，编码会起到白化频谱的作用。

PAM-DS-UWB 发射链路 其系统模型如图4-6所示。

SHAPE \* MERGEFORMAT

图4-6 PAM-DS-UWB 发射机系统模型

图4-6中的前两个模块分别表示二进制源和重复码编码器。第三个模块是在重复码编码器的输出端实现DS编码和二进制PAM调制。我们考虑伪随机DS码，分配给一般用户的是长度为NP的二进制码序列。最后一个模块是脉冲形成器[1]。

PAM-DS-UWB 仿真结果及其分析

图4- 7 由PAM-DS-UWB发射机产生的信号

图（4-7）显示了参数设置如下时所产生的UWB信号

以dBm为单位的平均发射功率Pow， 信号的抽样频率fc， 由二进制源产生的比特数numbits， 平均脉冲重复时间Ts（单位为秒），每个比特映射的脉冲数Ns， 码片时间Tc（秒）， 跳时码的码元最大值Nh和周期Np，冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau（秒）， PPM时移dPPM（秒）。

Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=2e-9,

Ns=10, Np=10, Tm=,

tau=,

这个信号由两组脉冲序列组成，每组包含10个脉冲，每组映射信息源的一个比特。从图4-7中可以看出每二组的10个脉冲与第一组的10个脉冲在极性上是相反的。

图4-8 PAM-DS-UWB的幅度谱

由图4-8可以看出，幅度谱的包络具有基本脉冲的傅氏变换的形状，即高斯形状。且Np（信号每比特发射脉冲数）值越大，图形分布越宽，即幅度峰值越小。

OFDM调制技术

4．3．1 概述

多频带（MB）方式与本章前两节分析研究的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~，将此 GHz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[1]。

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）。

4．3．2 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于频域上，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=N1bL。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[8]。

所有调制器使用相同的矩形波，其持续时间为T：

（4-8）

如果符号 在星座图中的点用 表示，OFDM信号中有N个符号的数据块的表达式如下[1]：

（4-9）

而相应的复包络是

（4-10）

其中 ，S（t）是周期为T0的周期函数。

式（4-9）中OFDM信号的数字变换相当于传输式（4-10）中复数包络的抽样值，也就是说传输序列可表示如下：

（4-11）

tc是抽样周期。

仿真OFDM调制信号，考虑的是OFDM各个载波使用QPSK调制的情况。仿真整个发射链路，产生式（4-9）的信号。

4．3．3 OFDM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fp； 抽样频率fc； 每个符号在其相应载波上的传输时间T0； 循环前缀的持续时间TP；保护间隔时间TG， 矩形脉冲响应的幅度为A， OFDM系统的子载波数N。

(1) numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=;

TP=; TG=; A=1; N=4;

图4-9 OFDM-UWB信号

图4-10 OFDM-UWB幅度谱

图4-10中的幅度谱由子载波的幅度谱叠加而成。

(2)numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=;

TP=0; TG=50e-9; A=1; N=2;

图4-11 OFDM-UWB信号图

图4-11 OFDM-UWB信号幅度谱

对比以上两图，可以看出，在同样的时间里为了传输更多的符号，是以增加带宽为代价的，也就是增加子载波的数量。

总结

通过一系列的仿真，我们可以得出以下结论：PAM、PPM两种调制方法主要是为了进行信息数据符号对脉冲的调制，而信号中的伪随机TH码和DS码主要是为了产生信号的频谱，使信号的功率谱密度在采用伪随机码调制后变得更加平滑，不能干扰到其它已经存在的窄带系统[9]。

OFDM具有良好的抗多径干扰性能，通过频率的合理选择，能够同现存的窄带系统和开放频段的通信系统具有很好的共存性，同传统的超宽带系统相比有很大的优势[11]。

5 性能分析及应用前景

脉位调制(PPM)和脉幅调制(PAM)

脉位调制(PPM)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。按照采用的离散数据符号的状态数可以分为二进制PPM(2PPM)和多进制(MPPM)。在这种调制方式中，一个脉冲重复周期内脉冲可能出现的位置有2个或M个，脉冲位置与符号状态一一对应。根据相邻脉位之间距离与脉冲宽度之间关系，又可分为部分重叠的PPM和正交PPM（OPPM）。在部分重叠的PPM中，为保证系统传输可靠性，通常选择相邻脉位互为脉冲自相关函数的负峰值点，从而使相邻符号的欧氏距离最大化。在OPPM中，通常以脉冲宽度为间隔确定脉冲位置。接收机利用相关器在相应位置进行相干检测。鉴于UWB系统的复杂度和功率限制，实际应用中，常用的调制方式为2PPM或2OPPM[3]。

PPM的优点在于：它仅需要根据数据符号控制脉冲位置，不需要进行脉冲幅度和极性的控制，便于以较低的复杂度实现调制与解调。因此，PPM是UWB系统广泛采用的调制方式。但是，由于PPM信号为单极性，其辐射谱中往往存在幅度较高的离散谱线。对此超宽带信号的幅度谱仿真也证明了这一点。如果不对这些谱线进行抑制，将很难满足FCC对辐射谱的要求[10]。

脉幅调制（PAM）是数据通信系统最为常用的调制方式之一。在UWB系统中，考虑到实现复杂度和功率有效性，不宜采用多进制PAM（MPAM）。UWB系统常用的PAM有两种方式：开关键控（OOK）和二进制相移键控（BPSK）。前者可以采用非相干检测降低接收机复杂度，而后者采用相干检测可以更好地保证传输可靠性[3]。

当发射能量相同时，使用二进制PAM调制的信号可以比使用二进制PPM调制的信号获得更好的性能。

OFDM调制

OFDM有很多优点：能够提供较大的系统容量，具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力，适应多径和移动信道传播条件，能够适应不同设计需求，灵活分配数据容量和功率，可提供灵活的高速和变速综合数据传输可以实现较高的安全传输性能，允许数据在复数的高速的射频上被编码。由于OFDM技术的良好性能使得它在无线通信系统中得到了广泛的应用[12]。

OFDM技术是将频道资源分成若干个子信道，每个子信带再采用一定的调制技术，提高频率利用率。OFDM可与PPM、PAM等结合使用，将会有性能更好的调制技术出现。

UWB的应用前景

超宽带技术在通信、雷达和无线定位等领域都将有广阔的应用前景。近年来，人们对超宽带技术深入的研究使超宽带技术在系统理论、功率放大器、脉冲的产生与接收、同步、集成电路等方面取得了重大进步，尤其是在超宽带无线产生领域的技术进步，使超宽带通信成为无线网络的重要组成部分成为可能。

相对于传统的窄带无线通信系统，超宽带无线产生系统具有诸多优点和潜力，使超宽带无线产生成为中短距无线网络的理想接入技术。根据产生速率不同，挤兑超宽带无线传输系统也具有不同的特点和应用领域。

利用超宽带技术可以提供高数据率传输的能力与定位功能，可以设计依赖定位信息优化网络资源管理的WPAN或WLAN，并应用于多媒体传输、计算机通信和家庭娱乐等领域。

利用脉冲超宽带信号对障碍物的良好穿透特性与精确测距功能，可以设计既具有通信功能也具有定位功能的超宽带脉冲无线通信与定位系统。该系统包括传输距离远（通信速率低）、颁布式移动定位、便携、超低成本、超低功耗、定位可靠性和精度高等特点。因而可以广泛用于传感器网络、消防、公共安全、库存盘点、人员监护与救生等重要领域。利用超宽带脉冲信号低截获概率、保密性高和体积小的优点，该系统还可以应用与侦察、情报收集、伤员救护、武器制导等军事领域[8]。

超宽带信号具有很低的辐射功率，而这样的辐射功率分布在某些方面GHz的频率范围内，功率谱密度极低，类似白噪声频谱，具有低干扰、低截获概率特性；同时由于使用窄脉冲为信号载体并采用跳时扩频，接收端必须已知发射端扩频码的条件下才能解调出发射数据来，加上它对多径干扰具有很好的鲁棒特性，非常适合在军事保密通信的应用。非常低的辐射功率可以避免过量的电磁波对人体的伤害[7]。

结论

超宽带无线通信技术是目前发展的热门技术。它以其自身的优点，被研究人员广泛关注。超宽带无线电技术大体包括基带脉冲传输方式和带通载波调制传输的方式两大类。脉冲传输的特点是把信息调制在离散脉冲信号上发射，而带通载波调制传输的特点则是把信息调制在正弦载波上发射。本论文是以采用基带脉冲传输技术的经典超宽带无线电通信系统为基础进行研究的。

为了更好地了解超宽带通信系统，本文先概括地介绍了超宽带无线通信的基础知识。接着将仿真的基本工具MATLAB的使用说明简单介绍。然后，重点介绍超宽带通信的调制方式，主要包括对TH-PPM、DS-PAM和OFDM调制方式的介绍，并通过仿真图像加以对比，说明调制方式的优缺点。

常采用不同的调制方案，对系统传输速率、搞多径干扰能力有很大影响。对它们进行分析比较，对系统调制信号的设计具有一定的参考意义。通常，在一个通信系统中，应用何种调制方式不仅要看调制方式本身性能，还要根据系统总的设计加以考虑。

参考文献

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[2]葛利嘉，曾凡鑫，刘郁林，岳光荣，超宽带无线通信，国防工业出版社，2005，76~107

[3]常远，UWB无线通信系统信号产生和调制技术的研究，哈尔滨工程大学优秀硕士论文，2006

[4]朱慧，苏锐，超宽带技术概述，信息技术，2006

[5]武海斌，超宽带无线通信技术的研究，无线电工程，2003

[6]徐征，UWB超宽带无线通信技术，中国电力教育2006年研究综述与论坛专刊，2006

[7]张新跃，沈树群，UWB超宽带无线通信技术及其发展前景，数据通信，2004

[8]张在琛，毕光国，超宽带无线通信技术及其应用，技术视点，2004

[9]牛？模？禾危？泶？尴咄ㄐ畔低车牡髦品绞窖芯浚？缱又柿浚？004

[10]邵怀宗，李玉柏，彭启琮，马永，时间脉冲位置调制的超宽带无线通信，系统工程与电子技术，2003

[11] Jeffrey ,”Why UWB? A Review of Ultrawideband Technology”, NETEX