超宽带实现技术-PPT

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,超宽带实现技术,Impulse radio,信息调制到脉冲上发送出去,不就是调制载波。,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,Impulse 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,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,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,(,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,UWB,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,由,由,脉冲位置调制(,PPM,),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,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(,DPIM,),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。,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。,N-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,a,m,决定该脉冲在脉冲重复周期得哪个时隙上发送,a,m,=3,则该脉冲在脉冲重复周期得第,3,个时隙上发送。(,a,m,0,1,N-1,),1,2,0,4-DPIM,1,2,0,4-PPM,重复周期,3,重复周期,2,重复周期,1,在,N-DPIM,中,第,m,个脉冲与前一脉冲得间隔为,a,m,+1,a,m,为待传信息。,相对于,PPM,DPIM,得传输速率更高。,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(,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 Codes,L=2 Codes,00,01,10,11,1,0,0,0,0,0,1,0,-1,0,0,0,0,0,-1,0,1,0,0,1,-1,0,0,-1,4-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,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,。,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,现有得脉冲调制技术不止这些。可以组合与创新。,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。,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),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,以前我们了解得有,SDMA,、,TDMA,、,FDMA,、,CDMA,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。,IR-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:扩频技术,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,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。,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,关于跳频扩频,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。,频槽(载波频率)得选择由扩频序列决定。,调制可以采用二进制或,M,进制频移键控。,只有匹配得接收机知道扩频序列,能够正确接收信号。,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,5T,6T,频槽,编码,FSK,PN,码,频率合成,信道,数据,时同步,编码,FSK,PN,码,频率合成,输出,信道,补充内容,关于跳时扩频,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,扩频码有多种。,扩频码要求随机性好(互相关性低)、易于实现,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,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,d,a,c,极窄脉冲发生器,(,不考虑脉冲形状),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,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。,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,IR-UWB,系统,2PPM-TH-UWB,PAM-DS-UWB,2PPM-TH-UWB,2PPM-TH-UWB,超宽带系统得发射部分原理如图所示,式中,T,C,与,就是常量,对所有,c,j,满足条件,且,。其中,T,S,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,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,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,Z,0,选择,最大值,估计符号,Z,M-1,相关解调方便用数字得方式实现。,