多脉冲调制  - UWB无线通信及其关键威廉希尔官方网站

　　(2)多脉冲调制

　　实际上，为了降低单个脉冲的幅度或提高抗干扰性能，在UWB脉冲无线系统中，往往采用多个脉冲传递相同的信息，这就是多脉冲调制的基本思想。

　　当采用多脉冲调制时，把传输相同信息的多个脉冲称为一组脉冲，那么，多脉冲调制过程可以分两步：第一步为每组脉冲内部单个脉冲的调制；第二步为每组脉冲作为整体被调制。在第一步中，每组脉冲内部的单个脉冲通常采用PPM或BPM调制；在第二步中，每组脉冲作为整体通常可以采用PAM、PPM或BPM调制。一般把第一步称为扩谱，而把第二步称为信息调制。因而在第一步中，把PPM称为跳时扩谱(TH-SS)，即每组脉冲内部的每一个脉冲具有相同的幅度和极性，但具有不同的时间位置；把BPM称为直接序列扩谱(DS-SS)，即每组脉冲内部的每一个脉冲具有固定的时间间隔和相同的幅度，但具有不同的极性。在第二步中，根据需要传输的信息比特，PAM同时改变每组脉冲的幅度，PPM同时调节每组脉冲的时间位置，BPM同时改变每组脉冲的极性。这样，把第一步和第二步组合起来不难得到以下多脉冲调制威廉希尔官方网站 ：TH-SSPPM、DS-SSPPM、TH-SSPAM、DS-SS PAM、TH-SS BPM和DS-SS BPM等。

　　多脉冲调制不仅可以通过提高脉冲重复频率来降低单个脉冲的幅度或发射功率，更重要的是，多脉冲调制可以利用不同用户使用的SS序列之间的正交性或准正交性实现多用户干扰抑制，也可以利用SS序列的伪随机性实现窄带干扰抑制。

　　在多脉冲调制中，利用不同SS序列之间的正交性，还可以通过同时传输多路多脉冲调制的信号来提高系统的通信速率，这样的威廉希尔官方网站 通常被称为码分复用(CDMA)威廉希尔官方网站 。在2004年的国际信号处理会议上提出了一种特殊的CDM系统？？无载波的正交频分复用系统(CL-UWB/OFDM)。这种多脉冲调制威廉希尔官方网站 可以有效地抑制多路数据之间的干扰和窄带干扰。

　　3.2.2多址方式

　　在UWB系统中，多址接入方式与调制方式有密切联系。当系统采用PPM调制方式时，多址接入方式多采用跳时多址；若系统采用BPSK方式，多址接入方式通常有两种：直序方式和跳时方式。基于上述两种基本的多址方式，许多其他多址方式陆续被提出，主要包括以下几种。

　　(1)伪混沌跳时多址方式(PCTH)

　　PCTH根据调制的数据，产生非周期的混沌编码，用它替代TH-PPM中的伪随机序列和调制的数据，控制短脉冲的发送时刻，使信号的频谱发生变化。PCTH调制不仅能减少对现有的无线通信系统的影响，而且更不易被检测到。

　　(2)DS-BPSK/TH混合多址方式

　　此方式在跳时(TH)的基础之上，通过直接序列扩频码进一步减少多址干扰，其多址性能优于TH-PPM，与DS-BPSK相当，但在实现同步和抗远近效应方面，具有一定的优势。

　　(3)DS-BPSK/FixedTH混合多址方式

　　此方式的特点是：打破TH-PPM多址方式中采用随机跳时码的常规思路，利用具有特殊结构的固定跳时码，减少不同用户脉冲信号的碰撞概率。即使有碰撞发生时，利用直接序列扩频的伪随机码的特性，也可以进一步削弱多址干扰。

　　此外，由于UWB脉冲信号具有极低的占空比，其频谱能够达到GHz的数量级，因而UWB在时域中具有其他调制方式所不具有的特性。当多个用户的UWB信号被设计成不同的具有正交波形时，根据多个UWB用户时域发送波形的正交性，以区分用户，实现多址，这被称之为波分多址威廉希尔官方网站 。

　　3.3天线的设计

　　能够有效辐射时域短脉冲的天线是UWB研究的另一个重要方面。UWB天线应该达到以下要求：一是输入阻抗具有UWB特性；二是相位中心具有超宽频带不变特性。即要求天线的输入阻抗和相位中心在脉冲能量分布的主要频带上保持一致，以保证信号的有效发射和接收。

　　对于时域短脉冲辐射威廉希尔官方网站 ，早期采用双锥天线、V-锥天线、扇形偶极子天线，这几种天线存在馈电难、辐射效率低、收发耦合强、无法测量时域目标的特性，只能用作单收发用途。随着微波集成电路的发展，研制出了UWB平面槽天线，它的特点是能产生对称波束、可平衡UWB馈电、具有UWB特性。由于利用光刻威廉希尔官方网站 ，可以制成毫米、亚毫米波段的集成天线。

　　3.4收发机的设计

　　与传统的无线收发信机结构相比，UWB收发信机的结构相当简单，如图2所示。传统的无线收发信机大多采用超外差式结构；UWB收发信机采用零差结构，在接收端，天线收集的信号经放大后通过匹配滤波或相关接收机处理，再经高增益门限电路恢复原来信息。现代数字无线威廉希尔官方网站 常采用数字信号处理芯片(DSP)的软件无线电来产生不同的调制方式，这些系统可逐步降低信息速率以在更大的范围内连接用户。UWB的一大优点是，即使最简单的收发信机也可采用这一数字威廉希尔官方网站 。

　　4、UWB面临的挑战

　　虽然UWB威廉希尔官方网站 有其特有的优点，但是它的广泛应用仍然还面临很多挑战，还有许多威廉希尔官方网站 问题需要研究解决：

　　(1)需要更好地理解UWB传播信道的特点，建立信道模型，解决多经传播等问题；

　　(2)前向纠错编码的设计、低复杂度的信道补偿算法、快速捕获和同步方法、容量分析；

　　(3)需要进一步研究高速脉冲信号的生成、处理等威廉希尔官方网站 ；

　　(4)高速脉冲收发电路的设计与实现，如高精度的匹配滤波、UWB天线、板上微控制器噪声的处理等；

　　(5)研究新的调制威廉希尔官方网站 ，进一步降低收发机结构的复杂度；

　　(6)多址方案的研究和设计，如TH-CDMA、DS-CDMA或CSMA等；

　　(7)接收时每个脉冲位置的检测精度；

　　(8)研究它与GPS等其他无线通信威廉希尔官方网站 的干扰问题；

　　(9)在定位应用中还需要研究位置测定威廉希尔官方网站 等。

　　5、结束语

　　UWB作为民用还是一项新威廉希尔官方网站 ，随着该威廉希尔官方网站 不断走向商业化，相信上述问题一定能够得以解决。由于它在无线通信方面的创新性和利益性，因此UWB在商业多媒体设备和个人网络，特别是信息家电方面具有很大的市场潜力。