超宽带ds_uwb通信系统的systemview仿真研究[1]

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1、2006年11月安徽大学学报(自然科学版)November2006第30卷第6期JournalofAnhuiUniversityNaturalScienceEditionVol.30No.6超宽带DS-UWB通信系统的Systemview仿真研究许耀华,胡艳军(安徽大学电子科学与技术学院,安徽合肥230039)摘要:超宽带(UWB)无线电技术是一种新兴通信技术,受到广泛关注.文章介绍了超宽带通信原理,针对其中主流标准DS-UWB,利用Systemview仿真软件,搭建并实现了DS-UWB系统的仿真模型,给出各个模块的仿真过程及相应仿真结果.结果

2、表明该仿真是可行的,为超宽带系统的研究提供了一个较好的可视化平台.关键词:超宽带;Systemview;冲激无线电;直接序列扩频中图分类号:TN911.23文献标识码:A文章编号:1000-2162(2006)06-0029-04随着通信技术发展,人们对后3G不断提出更高要求,如无缝覆盖、任意类型高速多媒体通信等,因此在有限频谱资源条件下,必须最大限度复用频谱资源,提高单位空间的信道容量.无线局域网WLAN[1][2]和无线个域网WPAN的需求和应用不断增长,超宽带UWB等一些短距离、高空间容量技术兴起,成为目前无线通信领域的研究热点.超宽带无

3、线电技术的最初形式为冲激无线电IR(ImpulseRadio),直接利用窄脉冲(脉宽纳秒级)作[3]信息传输载体,不同于正弦载波.最初UWB主要应用在军事雷达和低截获率无线系统,2000年,UWB被美国联邦通信委员会(FCC)采纳用于通信.UWB的窄脉冲信号持续时间很短,导致巨大的瞬时带宽和低功率谱密度,具有以下优越性能:(1)容量大.信道容量与带宽成线性关系,UWB有2GHz甚至更宽带宽,适应未来高容量无线通信;(2)低功率谱密度,对同频工作其他系统干扰极小;(3)强多径分辨能力,很强的定位能力和穿透障碍物的能力;(4)相对传统窄带系统结构简

4、单,功耗小,易于采用软件无线电技术.1超宽带UWB系统原理为促进并规范UWB技术发展,2002年,FCC发布了UWB初步规定,对UWB重新作了如下定义:信号的10dB带宽大于等于500MHz或信号相对带宽大于0.2;相对带宽即信号10dB带宽与中心频率之[4]比(fH-fL)/[(fH+fL)/2],fH和fL分别为系统高、低端频率.UWB无线通信的调制方式可分为基于IR的传统方式和非传统的基于频域处理的方式.基于IR方式主要有跳时TH-PPM、非跳时的直接序列DS-UMB等;基于频域处理主要有正交频分复用OFDM子带方式等.IEEE802.1

5、5.3a任务组进行高速WPN标准制订,提出两个候选方案:一种是受Motorola等公司支持的窄脉冲直接序列DS-UWB方案;另一种是Intel等公司支持的多带-时频交织-正交频分复用(MB-TFI-OFDM-UWB)方案.本文针对窄脉冲直接序列DS-UWB方案,对它的系统构成及其各个组成模块给出Systemview仿真模型.DS-UWB采用直接序列扩频DS-SS实现,发射端将数字信息bj与伪随机序列cn直接扩频,得到的扩频信号a(t)激发脉冲形成电路,形成DS-UWB信号,典型DS-UWB发射信号可表示为∞Ns-1S(t)=∑∑bjcnp(t-

6、jTb-nTc)(1)j=-∞n=0收稿日期:2006-05-05基金项目:安徽省高等学校青年教师科研基金资助项目(2005jq1032zd)作者简介:许耀华(1976-),男,安徽霍邱人,安徽大学讲师;胡艳军(1967-),女,安徽淮南人,安徽大学教授.30安徽大学学报(自然科学版)第30卷其中p(t)是冲激脉冲;Tc表示脉冲重复周期;Tb表示信息周期;Ns=Tb/Tc,每个数据符号用Ns个脉冲表示.UWB通信中对p(t)的选择至关重要,它会影响发射信号的功率谱密度,最普遍采用的脉冲波形是高斯函数的二阶导函数,如式(2),可以直接通过调整脉冲

7、形成因子α来改变波形,也可以采用其他脉冲波形,如Laplacian脉冲、Hermite脉冲等.22t2πtp(t)=(1-4π2)exp(-2)(2)αα接收端利用本地PN序列控制冲激脉冲产生器,产生本地接收模板信号m(t),在二进制双极性PAM情况下,最佳接收机是由一个相关器构成,将接收信号r(t)和模板信号m(t)相关运算,对输出Z^抽样、判决恢复数据信息bj.2基于Systemview平台的DS-UWB系统仿真Systemview是信号级的系统仿真软件,主要用于电路与通信系统的设计仿真,能满足从数字信号处[5]理、滤波器设计,直到复杂的通

8、信系统等不同层次的设计、仿真要求.图1DS-UWB系统Systemview仿真框图图1是Systemview平台仿真DS-UWB系统,主要由发射部分、