通信工程毕业设计论文(7)

　　4.2  PAM-DS-UWB调制方式

　　4.2.1 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,…,b_k,b_k+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,…,b_k,b_k,…,b_k,b_k+1,b_k+1,…,b_k+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,…,a_j,a_j+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,…,c_j,c_j+1,…)应用到序列a=(…,a₀,…,a₁,…,a_j,a_j+1,…)，产生一个新序列d=a·c，其组成元素d_j=a_jc_j。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。

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]。

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=0.5e-9,

         tau=0.25e-9,

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。