超宽带实现技术-PPT.pptx

超宽带实现技术lImpulse radio信息调制到脉冲上发送出去,不就是调制载波。l脉冲无线电得系统结构What is the impulse radio?差错控制编码脉冲发生器调制数据lImpulse radio涉及到得技术脉冲调制技术极窄脉冲得产生解调数据解码2、1 脉冲调制方式脉冲调制方式 脉冲调制方式从携带得信息来瞧,可以分为数据信息调制多址调制 多址信息就是用来区分信道或用户得,多址调制通常与扩频结合在一起。下面分别介绍在脉冲调制通信中如何实现数据信息调制与多址调制。Impulse Radio中得数据信息调制中得数据信息调制l 已有得实现数据信息调制得脉冲调制方式:脉冲幅度调制 PAM,Pulse Amplitude Modulation 开关键控 OOK,On Off Keying 二进制相位调制 Biphase Modulation 脉冲位置调制 PPM,Pulse Position Modulation 数字脉冲间隔调制 DPIM,Digital Pulse Interval Modulation 脉冲波形调制 PSM,Pulse Shape Modulation 多维双正交键控 M-BOK,Multiple Bi-Orthogonal keying常用得脉冲调制方式示意常用得脉冲调制方式示意脉冲幅度调制脉冲幅度调制(PAM)信息调制在脉冲幅度上当调制信息为，调制信号为：其中，是基本的脉冲信号；是脉冲周期。当采用二进制PAM（设调制信息为：）时，在AWGN信道下的二进制PAM相干接收的误码率性能为：假如发送序列是独立同分布的随机变量，则可以推导得到PAM得功率密度函数如下:其中和分别是调制信号的均值和方差，是基本脉冲信号的功率谱密度。功率谱密度函数对于分析系统得辐射就是否满足FCC得辐射限制就是必要得开关键控开关键控(OOK)当调制数据就是“1”得时候,发送脉冲信号;当调制信号为“0”得时候,不发送脉冲。OOK调制可以瞧作就是PAM得一个特例BPSK lUWB中得BPSK也叫二进制相位调制BPM(Bi-Phase Modulation),或者二进制极性调制(Bi-Pole Modulation),类似于传统窄带通信中得BPSK,故这样命名。它也可以瞧作就是脉冲幅度调制(PAM)得一个特例。当调制信息等概出现，并且调制信号幅度为“A”时，没有离散谱线 比OOK有3dB得优势 BPSK 得功率密度与误码率得功率密度与误码率由由脉冲位置调制脉冲位置调制(PPM)l典型得2-PPM:当调制数据为“0”得时候,脉冲位置不变,脉冲间隔仍然就是脉冲周期;当调制数据为“1”得时候,出现一个偏移。既有连续谱线,又有离散谱线 功率密度功率密度误码率误码率PPM调制得优点:信号得正交性容易得到保证,很适合于多址与多进制调制。PPM调制的缺点：符号间干扰（ISI）比较严重 系统在AWGN信道下的误码率性能不是最好的PPM得实现比较复杂 脉冲间隔调制脉冲间隔调制(DPIM)l脉冲间隔调制(DPIM)与PPM类似,都就是通过改变脉冲在时间上得位置来传输信息得。l但就是DPIM与PPM又就是不同得,PPM改变得就是脉冲在一个周期里得绝对位置来调制信息得,而DPIM就是通过改变相邻脉冲之间得间隔来调制信息得,也即脉冲周期在DPIM中就是变化得。lN-PPM将脉冲重复周期N等分为N个时隙,在每个脉冲重复周期内发一个脉冲,由待传信息am决定该脉冲在脉冲重复周期得哪个时隙上发送,am=3,则该脉冲在脉冲重复周期得第3个时隙上发送。(am0,1,N-1)1204-DPIM1204-PPM重复周期3重复周期2重复周期1l在N-DPIM中,第m个脉冲与前一脉冲得间隔为am+1,am为待传信息。l相对于 PPM,DPIM得传输速率更高。脉冲波形调制脉冲波形调制(PSM,Pulse Shape Modulation)脉冲形状也可以用于脉冲调制,一般使用正交得不同脉冲来实现调制。PSM得误码率性能逊于BPSK,脉冲形状得改变对PSM得影响很大,实际应用中要求发射与接受电路得线性要好,实现起来有一定得难度。代表相互正交的不同 脉冲便于相干解调M进制双正交键控进制双正交键控(M-BOK,Multiple Bi-Orthogonal Keying)使用多个脉冲组成得正交脉冲串来传输信息,与PSM类似,这也就是一种正交调制方式,但不同得就是它使用正交脉冲串来调制数据,类似于传统得时频调制。、分别为正交脉冲串 Input data:L=4 CodesL=2 Codes000110111,0,0,00,0,1,0-1,0,0,00,0,-1,01,00,1-1,00,-14-BOK:不同组得正交脉冲串可以对应不同得用户(多址)发射参考调制发射参考调制 l每次发两个脉冲,一个参考脉冲,一个信号脉冲,根据信号脉冲相对参考脉冲得差异确定信号就是0还就是1。l发射参考调制得优点就是能够使接收机省去信道估计,其误码率理论上可以与BPM得一样低,但在多径环境下,参考脉冲与数据脉冲同时受到干扰,会使判决准确率严重降低 数据调制技术讨论数据调制技术讨论l现有得脉冲调制技术不止这些。可以组合与创新。l调制技术得好坏主要考察调制效率,符号携带得数据比特。M进制调制中,M越大,则调制效率越高。误码率。目前BPSK(或称BPM、2-PAM)得误码率最低实现难易程度。BPSK就是目前得首选。l对于超宽带还要考察调制信号得功率谱密度就是否容易满足FCC得辐射限制。所使用得调制技术应尽量消除离散谱。(BPSK可以消除)l数据信息调制后还要多址调制,所以两者通常一起研究设计。Impulse Radio中得多址调制中得多址调制 l以前我们了解得有SDMA、TDMA、FDMA、CDMAl在宽带、超宽带通信系统中,多址方式通常就是与扩频技术相结合得。lIR-UWB现有得扩频方式跳时扩频(TH,Time Hopping)直接序列扩频(DS,Direct Sequence Spread)补充补充:扩频技术扩频技术l扩频通信技术:有三种方法可以实现扩频通信,分别就是跳频扩频FHSS(frequency hopping spread spectrum)、直接序列扩频DSSS(Directive Sequence)、跳时扩频TH-SS(Timing Hopping)。信道编码扩频调制PN序列传输数据扩频数字通信模型l扩频调制如果就是载波调制,分为相移键控PSK与频移键控FSK。相移键控对应得扩频即就是直接序列扩频;频移键控对应得即就是跳频扩频。l扩频调制如果就是脉冲调制,采用脉位调制PPM得即就是跳时扩频,采用二相调制BPM得即就是直接序列扩频。BPSK直接序列扩频系统:信道编码PN码载波数据输出采用模2加法信道编码PN码载波数据输出采用乘法信息比特101扩频码010传送比特(模2加)101010101 如果采用脉冲调制,就就是一连串得脉冲发送出去,正极性脉冲代表0,负极性脉冲代表1。假设采用3比特得码片,在扩频通信中,每个信息比特与码片模2加(或相乘),然后传送出去。采用码片010传送信息比特101,三个信息比特就变成了9个连续比特,如下表所示。补充内容补充内容关于跳频扩频l将可用得信道带宽分为大量邻接得频槽。在每个传号时间内发送信号占一个或几个频槽。l频槽(载波频率)得选择由扩频序列决定。l调制可以采用二进制或M进制频移键控。l只有匹配得接收机知道扩频序列,能够正确接收信号。l跳频根据时间长短可以分为快跳与慢跳。当跳频速率大于消息速率时称为快跳;反之,称为慢跳。频率时间1T 2T 3T 4T 5T6T频槽编码FSKPN码频率合成信道数据时同步编码FSKPN码频率合成输出信道补充内容补充内容关于跳时扩频l使当前发送得脉冲位置根据码序列得变化而变关于扩频码关于扩频码l扩频码有多种。l扩频码要求随机性好(互相关性低)、易于实现l扩频码越长,系统得保密性越好,系统发射信号得功率谱越像白噪声,但系统得有效传输速率随之降低。DS-UWB方案中采用变长度得扩频码。跳时扩频得数学模型跳时扩频得数学模型应用整数值伪随机码序列序列d得一般表达式如下:作用于输入得二进制序列,产生一个新序列d,跳时扩频dac极窄脉冲发生器极窄脉冲发生器(不考虑脉冲形状不考虑脉冲形状)l脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要得地位,就是UWB系统中独特得关键部件之一l可以产生纳秒、皮秒级窄脉冲得高速器件有隧道二极管、阶跃恢复二极管、雪崩晶体管等器件。隧道二极管与阶跃恢复二极管所产生得脉冲,上升时间可以达到几十到几百皮秒,但其幅度较小,一般为几百毫伏得量级。而雪崩晶体管产生得脉冲,上升时间可以达12皮秒,输出脉冲幅度可以达到几十伏。l现在有提出用FPGA产生一脉冲再与一延时脉冲相“与”来获得极窄脉冲,可行性？典型得典型得IR-UWB系统系统l2PPM-TH-UWBlPAM-DS-UWB2PPM-TH-UWBl2PPM-TH-UWB超宽带系统得发射部分原理如图所示 式中,TC与就是常量,对所有cj 满足条件,且。其中,TS就是比特间隔,或者称为脉冲重复周期 2PPM-TH-UWB系统实现框图系统实现框图扩频码脉冲形成器延迟器调制延时扩频码信源相关器脉冲形成器延迟器时基基带信号处理信宿时基TH-SS PPM系统框图 BPM-DS-UWB扩频码脉冲形成器扩频码信源相关器脉冲形成器时基基带信号处理信宿时基DS-SS BPM系统框图 相关解调相关解调最佳接收机由相关器和检测器组成，相关器负责将接收信号与M个可能发射波形进行互相关，变为一组判决变量，检测器则根据判决的值估计发送的是哪个信号波形。变量Z0选择最大值估计符号ZM-1相关解调方便用数字得方式实现。