1、目錄目 錄1摘要 3Abstract 4第1章 概述 61.1總述 61.2 UWB基本原理 61 脈沖信號 61 UWB 調制技術 71.3UWB技術特點 81.4UWB發射機和接收機組成框圖 91 UWB發射機組成框圖91 UWB接收機組成框圖 101.5 UWB 技術的應用前景111.6 結束語11第2章 MATLAB軟件工具介紹132.1 MATLAB語言的概述132.2 MATLAB的 HYPERLINK :/doc.itfensi /his t _blank 歷史132.3 MATLAB語言的特點142.4 MATLAB仿真15第3章 超 HYPERLINK :/net.itfen

2、si /internet t _blank 寬帶無線的調制技術 173.1 PPM-TH-UWB 調制方式 173 跳時超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號的產生 173 PPM-TH-UWB的發射鏈路203 PPM-TH-UWB 仿真結果及其分析 203.2 PAM-DS-UWB調制方式 223直接序列超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號的產生 223 PAM-DS-UWB 發射鏈路 243.2.3 PAM-DS-UWB仿真結果及其分析 253.3 OFDM調制技術 2

3、73.3.1概述 273.3.2 多頻段OFDM-UWB信號產生 283.4.3 OFDM仿真結果及其分析 283.4 HYPERLINK :/doc.itfensi /report t _blank 總結32第4章 性能分析及應用前景 334.1 脈位調制(PPM)和脈幅調(PAM) 334.2 OFDM調制334.3 UWB的應用前景 34致 謝35參 考 文 獻36摘 要超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶（UWB，Ultra Wide Band）無線技術在無線電 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.

4、html t _blank 通信、雷達、跟蹤、精確定位、成像、武器控制等眾多領域具有廣闊的應用前景，因此被認為是未來幾年電信熱門技術之一。1990年，美國國防部首先定義了“超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶”概念，超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信開始得到美國軍方和政府部門的重視。2002年4月，美國FCC通過了超 HYPERLINK :/net.itfensi /inte

5、rnet t _blank 寬帶技術的商用許可，超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信在民用領域開始受到普遍關注。目前“超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶”的定義只是針對信號頻譜的相對帶寬（或絕對帶寬）而言，沒有界定的時域波形特征。因此，有多種方式產生超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號。其中，最典型的方法是利用納秒

6、級的窄脈沖（又稱為沖激脈沖）的頻譜特性來實現。超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線電是對基于正弦載波的常規無線電的一次突破。幾十年來，無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信都是以正弦載波為信息載體，而超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信則以納秒級的窄脈沖作為信息載體。其信號產生、調制解調、信號隱蔽性、系統處理

7、增益等方面，具有獨特的優勢，尤其是能夠在密集的多徑 HYPERLINK :/doc.itfensi /Green t _blank 環境下實現高速傳輸。由于脈沖持續時間很短，多徑分量在時域上不易重疊，多徑分辨能力高，通過先進的多徑分離技術或瑞克接收機，可以充分利用多徑分量。目前，典型的超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線.itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信調制方式以TH-PPM、TH-PAM為主，本論文中，介紹超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blan

8、k 寬帶無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信中的調制技術，主要討論TH-PPM、TH-PAM的基本原理，并且對比調制技術的優缺點，性能的好壞，并進行動態的仿真，從仿真圖中較清楚的研究調制方式，從而得出正確的結論，細致的研究超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信中的調制技術。關鍵字：超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank

9、寬帶 調制方式 PPM調制 PAM調制 OFDM調制 AbstractUltra-Wideband wireless technology in radio communications, radar, tracking, precise positioning, imaging, arms control, with a wide range of prospects, is believed to be the next few years one of the Most popular technology for telecommunications. In 1990, The u.s

10、. Department of Defense first defines the concept of ultra-wideband networking, ultra-wideband wireless communication begins to get the US Military and Government departments. In April 2002, The US FCC passed the UWB technology commercial license, ultra-wideband wireless communication in civilian ar

11、eas are of common concern. At present, the definition of ultra-wideband just for thee signal spectrum of relative bandwidth (or absolute bandwidth), no definition of the waveform. Therefore, there are several ways to produce ultra-wideband signal. Of these, the Most typical method is to use the nano

12、second pulses of (also known as impulse) spectrum characteristics.UWB radio is a radio based on conventional sinusoidal carrier a break. For decades, wireless communications are based on sinusoidal carrier as information carriers, and ultra-wideband wireless communications zeyi narrow nanosecond pul

13、ses as information carriers. the signal generation, Modulation and demodulation, signal hiding, the system processing gain and so on, has unique advantages, in particular, to the dense multipathenvironment to achieve high-speed transmission. As the pulse duration is very short, Multipath components

14、overlap in time domain is not easy, Multi-path high-resolution capabilities, advanced Multi-path Through separation or rake receiver, you can take full advantage of Multipath components.At present, The typical UWB Modulation to TH-PPM, TH-PAM,this article describes The UWB wireless communication mod

15、em technology, focused on the TH-PPM, TH-PAM, and the basic principles of comparative advantages and disadvantages of Modulation technology, performance, and dynamic simulation, from simulation figure in clearer of Modulation to obtain The correct conclusion, careful study of ultra-wideband wireless

16、 comunication Modem technology.Keywords: UWB Modulation PPM Modulation PAM Modulation OFDM Modulation第1章 概 述1.1 總述 近幾年來,超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶短距離無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信引起了全球 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信技術領域極大的重視。超 HYPERLINK :

17、/net.itfensi /internet t _blank 寬帶 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信技術以其傳輸速率高、抗多徑干擾能力強等優點成為短距離無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信極具競爭力和發展前景的技術之一。FCC(美國 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信委員會) 對超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶系統的最新定義是:相對帶寬

18、(在- 10dB 點處) (fH - fL)/fc 20 %(fH ,fL ,fc分別為帶寬的高端頻率、低端頻率和中心頻率) 或者總帶寬BW 500MHz。它與現有的無線電系統比較,在花費更小的制造成本的條件下,能夠做到更高的數據傳輸速率(100500MbPs) 、更強的抗干擾能力(處理增益50dB 以上) ,同時具有極好的抗多徑性能和十分精確的定位能力(精度在cM 以內) 。1.2 UWB基本原理 發射超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶(UWB) 信號最常用和最傳統的方法是發射一種時域上很短(占空比低達0. 5 %) 的沖激脈沖。這

19、種傳輸技術稱為“沖擊無線電( IR) ”.UWB - IR 又被稱為基帶無載波無線電,因為它不像傳統 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信系統中使用正弦波把信號調制到更高的載頻上,而是用基帶信號直接驅動天線輸出的;由信息數據對脈沖進行調制，同時，為了形成所產生信號的頻譜而用偽隨即序列對數據符號進行編碼。因此沖擊脈沖和調制技術就是超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶的兩大關鍵所在。1 脈沖信號 從本質上講，產生脈沖寬度為納秒級的信號源是UWB 技術的前提條件。目前產生脈沖信號源

20、的方法有兩類: 光電方法,基本原理是利用光導開關導通瞬間的陡峭上升沿獲得脈沖信號。由于作為激發源的激光脈沖信號可以有很陡的前沿,所以得到的脈沖寬度可達到皮秒(10 - 12 ) 量級。另外,由于光導開關是采用集成方法制成的,可以獲得很好的一致性，因此是最有發展前景的一種方法。電子方法,利用微波雙極性晶體管雪崩特性，在雪崩導通瞬間,電流呈“雪崩”式迅速增長,從而獲得具有陡峭前沿的波形，成形后得到極短脈沖。在電路 HYPERLINK :/ itfensi /sj/ t _blank 設計中，采用多個晶體管串行級聯，使用并行同步觸發的方式,加快了雪崩過程,從而達到進一步降低脈沖寬度的目的。單周期脈沖

21、的寬度在納秒級(0. 11. 5ns) ,重復周期為251000ns ,具有很寬的頻譜。實際 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信中使用的是一長串的脈沖,由于時域中信號的周期性造成了頻譜的離散化,周期性的單脈沖序列頻譜中出現了強烈的能量尖峰。這些尖峰將會對信號構成干擾,通過數據信息和偽隨機碼來進行編碼P調制,改變脈沖與脈沖間的時間間隔,可以降低頻譜的尖峰幅度。1 UWB的調制技術 超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶系統中信息數據對脈沖的調制方法可以有多種。脈沖位置調制( P

22、PM) 和脈沖幅度調制(PAM) 是UWB 最常用的兩種調制方式。w ( t) 表示發送的單周期脈沖, dj , tj 分別表示單脈沖的幅度和時延。a PAM- UWBPAM是一種通過改變那些基于需傳輸數據的傳輸脈沖幅度的調制技術。在PAM調制系統中,一系列的脈沖幅度被用來代表需要傳輸的數據。任何形狀的脈沖都是通過其幅度調制使傳輸數據在 - 1 , + 1之間變化(對于雙極性信號) 或在M 個值之間變化(對于M 元PAM) 。增加傳輸脈沖所占的帶寬或減少脈沖重復頻率,都可以增加一個固定平均功率譜密度的UWB 系統所能達到的吞吐量和傳輸距離,可以看出這一效果與增加傳輸功率的峰值的效果是相似的。采

23、用脈沖幅度調制(PAM)的超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號:dj 是信息序列, Tf 是脈沖重復周期。根據dj 的不同取值, 可將PAM調制方式分為以下三種:（1） OOK(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發送數據為0 ，UWB 信號的幅度為0) ；（2）PPAM(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發送數據為0 ,UWB 信號的幅度為2) ； （3）BPSK(發送數據為1 ，UWB 信號的幅度為1 ;發送數據為0 ，UWB 信號的幅度為- 1) 。對于這三種方式,在超 HYPERLINK :/net.itfen

24、si /internet t _blank 寬帶的PAM調制方式中多采用BPSK方式。b PPM- UWB脈沖位置調制(PPM) 又稱時間調制(TM) ,是用每個脈沖出現的位置落后或超前某一標準或特定時刻來表示某個特定信息的。二進制PPM 是超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信系統經常使用的一種調制方法,相對其它調制方法來說也是較早使用的一種方法。采用PPM的一個重要原因是它能夠使用零相差的相關接收機來接收檢測信號,而這種接收機有著非

25、常好的性能。采用脈沖位置調制( PPM) 的超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號波形如下: dj 取0 或1 ,為調制因子, 與脈沖寬度TM (1/Tf ) 是一個數量級。當發送數據為1 時脈沖就會相應滯后一個時延。給出了上述四種調制方法的信號波形圖,對這四種調制方式給出了一個比較直觀的描述。除了這些對脈沖的調制方法外,用偽隨機碼或偽隨機噪聲(PN) 對數據符號進行編碼以得到所產生信號的頻譜時,根據編碼的不同即擴頻和多址技術不同,超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶系統又被分

26、為跳時的超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶系統(TH - UWB) 、直擴的超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶系統(DS - UWB) 、跳頻的超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶系統(FH - UWB) 和基帶多載波超et.itfensi /internet t _blank 寬帶系統(MC - UWB) 等。1.3 UWB 技術特點 由于UWB 與傳統 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/t

27、x.html t _blank 通信系統相比,工作原理迥異，因此UWB 具有如下傳統 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信系統無法比擬的技術特點:(1)系統容量大。香農公式給出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出,帶寬增加使信道容量的升高遠遠大于信號功率上升所帶來的效應,這一點也正是提出超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶技術的理論機理。超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線電系統用戶數量大大高于3G系統。

28、(2)高速的數據傳輸。UWB 系統使用上GHz 的超寬頻帶,根據香農信道容量公式,即使把發送信號功率密度控制得很低,也可以實現高的信息速率。一般情況下,其最大數據傳輸速度可以達到幾百Mbps1Gbps。(3)多徑分辨能力強。UWB 由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率,窄脈沖的多徑信號在時間上不易重疊,很容易分離出多徑分量,所以能充分利用發射信號的能量。實驗表明,對常規無線電信號多徑衰落深達1030dB 的多徑 HYPERLINK :/doc.itfensi /Green t _blank 環境,UWB 信號的衰落最多不到5dB。(4)隱蔽性好。因為UWB 的頻譜非常寬,能量密

29、度非常低,因此信息傳輸安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB 設備對于其他設備的干擾就非常低。(5)定位精確。沖激脈沖具有很高的定位精度,采用超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線電 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信,可在室內和地下進行精確定位，而GPS 定位系統只能工作在GPS 定位衛星的可視范圍之內。與GPS 提供絕對 HYPERLINK :/doc.itfensi /geo t _blank 地理位置不同,超短脈沖定位器可以給出相對位置, 其定位精度可達厘米級

30、。(6)抗干擾能力強。UWB 擴頻處理增益主要取決于脈沖的占空比和發送每個比特所用的脈沖數。UWB 的占空比一般為0. 010. 001 ，具有比其它擴頻系統高得多的處理增益,抗干擾能力強。一般來說,UWB 抗干擾處理增益在50dB 以上。(7)低成本和低功耗。UWB 無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信系統接收機沒有本振、功放、鎖相環( PLL) 、壓控振蕩器(VCO) 、混頻器等，因而結構簡單,設備成本將很低。由于UWB 信號無需載波,而是使用間歇的脈沖來發送數據,脈沖持續時間很短,一般在0. 20ns1. 5ns之間,有

31、很低的占空因數,所以它只需要很低的電源功率。一般UWB 系統只需要5070MW 的電源,是藍牙技術的十分之一。盡管如此,UWB 在技術上面臨一定的挑戰, 還有諸多技術的問題有待研究解決,比如需要更好 HYPERLINK :/doc.itfensi /geo t _blank 地理解UWB 傳播信道的特點,建立信道模型,解決多徑傳播;需要進一步研究高速脈沖信號的生成、處理等技術;研究新的調制技術,進一步降低收發結構的復雜度等。1.4 UWB發射機和接收機組成框圖 UWB發射機組成框圖 UWB發射機直接發送納秒級脈沖來傳輸數據而不需使用載波電路。所以，UWB發射機比現有的無線發射設備要簡單得多。T

32、H-UWB發射機組成框圖如圖1-3所示。圖1-3 UWB發射機組成框圖調制后的數據與偽碼產生器生成的偽碼一起送入可編程延遲電路，可編程延遲電路產生的時延控制脈沖信號發生器的發送時刻，脈沖信號發生器輸出的UWB信號由天線輻射出去。脈沖信號產生電路的一個關鍵部分是天線，它的作用相當于一個濾波器。 UWB接收機組成框圖 TH-UWB接收機采用相關接收方式，接收機框圖如圖4所示。圖4中虛線內的部分是相關器。它由乘法器、積分器和取樣/保持電路三部分組成。接收機與發射機類似，兩者的區別在于接收機的基帶信號處理器從取樣/保持電路中解調數據，基帶信號處理器的輸出控制可編程時延電路，為可編程時延電路提供定時跟蹤

33、信號，保證相關器正確解調出數據。圖1-4 UWB接收機組成框圖1.5 UWB 技術的應用前景 UWB 系統在很低的功率譜密度的情況下,UWB具有巨大的數據傳輸速率優勢,最大可以提供高達1000Mbps 以上的傳輸速率,使UWB 同其它短距離無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信系統的技術優勢非常明顯,如表1 所示。現有的各種無線解決 HYPERLINK :/net.itfensi /plan t _blank 方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 則在10M 左右的范圍之內

34、打破了這一限制,UWB 的應用將使人們可以擺脫更多線纜的牽絆,i /keyword/tx.html t _blank 通信因而變得更為方便。1.6 結束語 無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信已經迅速滲入我們的生活當中,對容量不斷增長的要求需要一種不對現有的 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信系統造成影響的新的無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信 HYPERLINK :/net.itfensi /

35、plan t _blank 方案,超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶脈沖無線電系統正好滿足了這一要求。UWB 技術對于無線短距離的高速數據word/tx.html t _blank 通信是非常有競爭力的,隨著研究的深入,憑借多方面的優勢,它將在很多領域占有一席之地。特別是短距離傳輸的后3G領域,UWB 將有廣闊的發展空間。表1 幾種短距離無線 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信比較工作頻率IEEE802. 11aBluetoothUWB傳 輸速 率2. 4GHz2. 40

36、22. 48GHz3. 110. 6GHz54Mbps小于1Mbps大于480Mbps HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信距離10M100M10M小于10M發射功率1 瓦以上1 毫瓦100毫瓦1 毫瓦以下容量空間80kbps/M230kbps/M21000kbps/M2應用范圍無線局域網家庭和辦公室互連近距離media/ t _blank 多媒體終端類型筆記本、臺式電腦、掌上電腦、因特網網關筆記本、移動 、掌上電腦、移動設備無線電視、DVD ，高速因特網網關第2章 MATLAB 軟件工具介紹 2.1 MATLAB語言的概述 MAT

37、LAB是一種科學計算軟件，適用于工程應用各領域的分析 HYPERLINK :/ itfensi /sj/ t _blank 設計與復雜計算，它使用方便，輸入簡捷，運算高效且內容豐富，很容易由用戶自行擴展。因此，它已成為大學教學和科學研究中最常用且必不可少的工具。MATLAB是“矩陣實驗室”（MATrix LABoratoy）的縮寫，它是一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言，著重針對科學計算、工程計算和繪圖的需求。與其他 HYPERLINK :/doc.itfensi /pc t _blank 計算機語言相比，其特點是簡潔和智能化，適應科技專業人員的思維方式和書寫習慣，使得編程和調試效率大大提高

38、。它用解釋方式工作，鍵入程序立即得出結果，人機交互性能好，為科技人員所樂于接受。特別是它可適應多種平臺，并且隨 HYPERLINK :/doc.itfensi /pc t _blank 計算機硬、軟件的更新而用時升級。因而，MATLAB語言是數值計算用得最頻繁的電子信息類學科工具。它大大提高了課程教學、解題作業、分析研究的效率。2.2 MATLAB的 HYPERLINK :/doc.itfensi /his t _blank 歷史 在1980年前后，美國的Cleve Moler博士在New Mexico大學講授線性代數課程時，發現應用其他高級語言編程極為不便，便構思并開發了MATLAB（MAT

39、rix LABoratory，矩陣實驗室），它是集命令翻譯、科學計算于一身的一套交互式軟件系統，經過在該大學進行了幾次的試用之后，于1984年推出了該軟件的正式版本。它是以著名的線性代數軟件包LINPACK和特征計算軟件包EISPACK中的子程序為基礎發展而成的一種開放型程序 HYPERLINK :/ itfensi /sj/ t _blank 設計語言，其基本的數據單元是一個維數不加限制的矩陣，這就允許用戶可以根據數值計算問題的復雜程序，對問題進行分段甚至逐句編程處理，顯然這與C、FORTRAN等傳統高級語言完全不同。在MATLAB下，矩陣的運算變得異常的容易，后來的版本中又增添了豐富多彩的

40、圖形 HYPERLINK :/ itfensi /sj/photo/ t _blank 圖像處理及 HYPERLINK :/ itfensi /sj/media/ t _blank 多媒體功能，使得MATLAB的應用范圍越來越廣泛，Moler博士等一批 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學家與軟件專家組建了名為MaTHWorks的軟件開發公司，專門擴展并改進MATLAB。為了準確地把一個控制系統的復雜模型輸入給 HYPERLINK :/doc.itfensi /pc t _blank 計算機，然后對之進行進一步的分析與仿真，1990年MaTHWor

41、ks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統模型圖形輸入與仿真工具，并定名為SIMULAB，該工具很快在控制界得致函廣泛的使用。但因其名字與著名的軟件SIMULA類似，所以在1992年正式改名為SIMULINK。此軟件有兩個明顯的功能：仿真與連接，亦即可以利用鼠標在模型窗口上畫出所需的控制系統模型，然后利用該軟件提供的功能來對系統直接進行仿真。很明顯，這種做法使得一個很復雜系統的輸入變得相當容易。SIMULINK的出現，更使得MATLAB的控制系統的仿真與其在CAD中的應用打開了嶄新的局面。2.3 MATLAB語言的特點 MATLAB語言有以下特點。(1) 起點高每個變量代表一個矩陣，以矩陣運

42、算見長。當前的科學計算中，幾乎無處不用矩陣運算，這使它的優勢得到了充分的體現。(2) 人機界面適合科技人員MATLAB的語言規則與筆算式相似。MATLAB的程序與科技人員的書寫習慣相近，因此，易寫易讀，易于在科技人員之間交流。矩陣的行列數無需定義。MATLAB不必有階數定義，輸入數據的行列數就決定了它的階數。鍵入算式立即得到結果，無需編譯。MATLAB是以解釋方式工作的，即它對每條語句解釋后立即執行，若有錯誤也立即做出反應，便于編程者立即改正。這些都大大減輕了編程和調試的工作量。(3) 強大而簡易的做圖功能能根據輸入數據自動確定坐標繪圖，能規定多種坐標系，（極坐標系、對數坐標系等），能繪制三維

43、坐標中的曲線和曲面，可設置不同顏色、線型、視角等。如果數據齊全，通常只需一條命令即可出圖。(4) 智能化程度高繪圖時自動選擇坐標，大大方便了用戶；做數值積分時自動按精度選擇步長；自動檢測和顯示程序錯誤的能力強，易于調試。(5) 功能豐富，可擴展性強MATLAB軟件包括基本部分和專業擴展兩大部分。基本部分包括矩陣的運算和各種變換、代數和超越方程的求解、數據處理和傅立葉變換及數值積分等等。可以充分滿足大學 HYPERLINK :/doc.itfensi /lglw t _blank 理工科學生的計算需要。擴展部分稱為工具箱。它實際上是用MATLAB的基本語句編成的各種子程序集，用于解決某一方面的專

44、門問題，或實現某一類的新算法。現在已經有控制系統、信號處理、hoto/ t _blank 圖像處理、系統辨識、模糊集合、神經元網絡及小波分析等工具箱，并且向公式推導、系統仿真和實時運行等領域發展。MATLAB的核心內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語句編寫的。2.4 MATLAB仿真 通過利用所學的理論知識，建立一個完整、準確的需求說明，清楚、準確地提出仿真試驗所要解決的問題。對所提出的仿真系統給出詳細定義，明確系統中的模塊、系統構成、模塊之間的相互關系，系統的輸入輸出、邊界條件以及系統的約束條件，并明確仿真所要達到的目標。根據仿真系統分析的結果，確定系統中的參數、變量及其

45、互之間的關系，并以 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學形式將這些關系描述出來，從而構成仿真系統的 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學模型。 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學建模是系統仿真中最關鍵的一步，所建立的 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學模型必須盡可能準確地反映所關心的真實系統的特性，而又不能過于復雜，以免降低模型的效率，增加不必要的計算過程，即建模需要根據求解問題的要求，在模型的近似程度與復雜

46、程度之間折中。電子與 HYPERLINK :/ itfensi /keyword/tx.html t _blank 通信系統的i /math t _blank 數學模型通常以方框圖形式或 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學方程形式來表達。根據建立的 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學模型所需要的數據元素，收集與模型系統有關的數據。根據 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學模型建立系統的 HYPERLINK :/doc.itfensi /pc t _bla

47、nk 計算機仿真模型，收集數據，確定其中各子模塊的結構，輸入輸出接口，輸入輸出的數據表達形式，數據的存儲方式等。然后編制相應的程序流程，用MATLAB語言實現。仿真模型驗證的目的是確定 HYPERLINK :/doc.itfensi /pc t _blank 計算機仿真模型是否準確表達了math t _blank 數學模型。仿真模型驗證通常的方法是將 HYPERLINK :/doc.itfensi /math t _blank 數學模型的解析結果（或理論結果）與仿真所得到的數值結果相比較來完成的；或通過已知的系統輸入輸出結果，對比在相同條件下的系統仿真結果來驗證仿真模型的正確性。根據仿真試驗

48、HYPERLINK :/ itfensi /sj/ t _blank 設計的 HYPERLINK :/net.itfensi /plan t _blank 方案，讓 HYPERLINK :/doc.itfensi /pc t _blank 計算機執行計算，并在執行計算的過程中了解仿真模型對于各種不同輸入信號以及不同參數和仿真機制下的輸出，得出試驗數據，從而預測系統在實際 HYPERLINK :/doc.itfensi /Green t _blank 環境中的運行情況。對仿真模型的運行階段所產生的數據進行分析，其目的是從運行階段所產生的數據中找出系統運行規律，對仿真系統的性能做出評價，為系統 H

49、YPERLINK :/net.itfensi /plan t _blank 方案的最終決策提供輔助支持。對仿真結果進行分析，對仿真數據的可靠性、一致性、置信度等做出判定，最終將仿真結果以曲線、圖表和文字等形式形成論文。第3章 超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶無線的調制技術發射超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶（UWB）信號最常用和最傳統的方法是發射時域上很短的脈沖。這種傳輸技術稱為“沖激無線電”（IMpulse Radio,簡寫為IR）。信息數據符號對脈沖進行調制，其調制方

50、式可以有多種。脈沖位置調制（PPM）和脈沖幅度調制（PAM）是最常用的兩種調制方式。除了要對脈沖進行調制外，為了形成所產生的信號的頻譜，還要用偽隨機碼或偽隨機噪聲（PN）對數據符號進行編碼。一般是，編碼后的數據符號引起脈沖在時間軸上的偏移，這就是所謂的跳時超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶（TH-UWB，TiMe-Hopping UWB）。直接序列擴譜（DS-SS）就是編碼后的數據符號對基本脈沖的幅度進行調制，這在沖激無線電（IR）中被稱為直接序列超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank

51、 寬帶（DS-UWB，DIRect-Sequence UWB），這種調制方式似乎非常有吸引力。對于超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號，也可以通過很高的數據速率來產生而根本不需要具備脈沖的特性。只要UWB定義所要求的相對帶寬或最小帶寬在整個傳輸過程中得到滿足，那么，靠發射高速率數據而不是窄脈沖所產生的具有UWB射頻帶寬的系統，就不應該被排除在UWB系統之外。諸如正交頻分復用（OFDM），在數據速率適當的情況下也可產生UWB信號。因此，OFDM也是一種超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _bla

52、nk 寬帶的調制方式。本文主要討論TH-UWB、DS-UWB和OFDM調制方式。3.1 PPM-TH-UWB 調制方式 跳時超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號的產生 在結合了二進制PPM的TH-UWB(二進制PPM-TH-UWB或PPM-TH-UWB)中，UWB信號的產生可以系統地描述如下(參見圖4-1描繪的發射鏈路) 。SHAPE /* MERGEFORMAT 圖3-1 PPM-TH-UWB信號的發射 HYPERLINK :/net.itfensi /plan t _blank 方案給定待發射的二進制序列b=(,b0,b1,bk

53、,bk+1,)，其速率Rb=1/Tb (b/s)，圖3-1中的第一個模塊使每個比特重復Ns次，產生一個二進制序列：(,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)。這個模塊引入了冗余，其實是一種被稱為重復碼的(Ns,1)分組編碼器。一般術語上稱為信道編碼。第二個模塊是傳輸編碼器，就是應用整數值碼序列c=(,c0,c1,cj,cj+1,)和二進制序列a=(,a0,a1,aj,aj+1,),產生一個新序列d，序列d的一般元素表達式如下： dj=cjTc+aj（3-

54、1）式中,Tc和 是常量，對所有的cj滿足條件cjTc+ Ts，通常 Tc。這里的d是一個實數值序列，而a是二進制序列，c是整數值序列.現在我們遵循最常用的方法，假定c是企業界隨機碼序列，它的元素cj是整數，且滿足0 cj Nh-1。 碼序列c可能為周期序列，其周期表示為Np。兩種特殊情況值得討論。第一種,碼是非周期的，即 ；第二種是Np=Ns，這是最常用的一種，這時的編碼周期與二進制碼重復的次數相等。我們必須牢記：傳輸編碼扮演了碼分多址編碼和發射信號的頻譜形成雙重角色。實數值序列d輸入到第三個模塊，即PPM調制模塊，產生了一個速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts(脈沖/s)的單位脈沖(DIRac

55、 pulses ) 序列。這些脈沖在時間軸上的位置為 ，因此脈沖位置在jTs基礎上偏移了dj，注意是碼序列對c信號引入了TH位移，也正因為此，c被稱為TH碼。還要注意一點就是由PPM調制引起的位移 ，通常比TH碼引起的位移cjTc小得多，即： ，cj=0除外。Tc稱為碼片時間(chip tiMe)。最后一個模塊是脈沖形成濾波器，其沖激響應為。必須保證脈沖形成濾波器輸出的脈沖序列不能有任何的重疊。以上所有系統級聯以后的輸出信號 比特間隔或比特持續時間，也即用于傳輸一個比特的時間Tb，可表示為：Tb=Nsts。在式(4-2)中，cjtc定義了脈沖的隨機性或者說是相對于Ts整數倍時刻的抖動。如果用隨

56、機TH抖動 來表示由TH編碼cjtc引起的時間上的位移，并假定 在0和 之間分布，正如前面提到的， 通常遠大于 。這兩個量的整體效果是產生一個分布在0和 之間的時間隨機位移量，用 表示這個時間隨機位移，可得發射信號的如下表達式：更一般性地概括式(4-2)所表示的信號，其思想是：對于信息比特“0”和“1”，可以發射兩個不同的脈沖波形 和 來分別表示。上面分析的PPM調制的例子，引入了 這個時間位移量，它的值根據它所代表的比特而有所不同，其實是上述思想的特殊例子，其中的 是 位移以后的波形。一種更一般的表達式：當將 設置為- 時，式(4-5)也表示了PAM和TH-UWB的結合，即PAM-TH-UW

57、B模型。 PPM-TH-UWB的發射鏈路 系統模型如圖3-2所示SHAPE /* MERGEFORMAT 圖3-2 PPM-TH-UWB 發射器的系統模型圖3-2中的第一個模塊表示二進制源。這個模塊的輸出是發射到 HYPERLINK :/doc.itfensi /nature t _blank 物理信道的二進制流。第二個模塊表示重復碼編碼器。二進制流的每一個比特都被重復次。第三個模塊仿真TH編碼和二進PPM。這里考慮偽隨機TH碼。最后一個模塊是脈沖形成。這個模塊的沖激響應表示要發射的UWB信號的基本脈沖波形。 PPM-TH-UWB 仿真結果及其分析 圖（3-3）顯示了參數設置如下時所產生的UW

58、B信號以dBM為單位的平均發射功率Pow，信號的抽樣頻率fc，由二進制源產生的比特數nuMbits， 平均脈沖重復時間Ts（單位為秒），每個比特映射的脈沖數Ns，碼片時間Tc（秒），跳時碼的碼元最大值Nh和周期Np，沖激響應持續時間TM，脈沖波形形成因子tau（秒）， PPM時移dPPM（秒）。Stx: Pow=-30, fc=50e9, nuMbits =2, Ts=3e-9, Ns=5,Tc=1e-9, Nh=3, Np=5, TM=0.5e-9, tau=0.25e-9,dPPM 由圖3-3中可以看到輸出序列的前五個脈沖在其對應時隙的中間位置，而后五個脈沖則在其對應時隙的起始位置。圖3-

59、3 PPM-TH-UWB 發射機產生的信號圖3-4 PPM-TH-UWB的幅度譜由圖4-4可以看出，TH編碼和PPM調制都對幅度譜的高斯形狀產生扭曲。PPM-TH-UWB信號的幅度譜將完全包含在無TH編碼和無PPM調制的幅度譜包絡中，這是因為以同樣的形狀和同樣的平均功率傳輸等間隔脈沖的結果。3.2 PAM-DS-UWB調制方式 直接序列超 HYPERLINK :/net.itfensi /internet t _blank 寬帶信號的產生 直接序列擴譜（DS-SS）是一種著名的數字調制方式。這里，我們先回顧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特性的信號可以通過

60、下面的過程產生：首先，用偽隨機碼或二進制PN碼序列對要發射的二進制進行編碼；其次，對一串窄脈沖進行幅度調制。這一過程可以看做是目前使用DS-SS系統的一種極端方式，此時脈沖在時域上是具有典型時間的奈奎斯特型脈沖或方波。讓脈沖寬度遠遠小于切普間隔，很容易得到DS-SS-UWB的解析表達式。在傳統的DS-SS系統中，RF發射信號是對載波進行幅度調制后得到的，通常使用二進制相移鍵控BPSK方式。而在DS-UWB中，如果沒有專門的要求，這一過程可省略。更詳細地，上述信號可以通過如下過程產生（見圖所示發射鏈路）。SHAPE /* MERGEFORMAT圖3-5 PAM-DS-UWB 信號的發射 HYPE