超宽带基础知识PPT学习课件

,超宽带系统基础知识介绍,Page1,Page2,目录：,1、超宽带系统的基本原理1）概念2）分类2、超宽带系统的波形3、超宽带系统的调制方式4、超宽带系统的传播特性及信道模型5、超宽带系统的接收技术,1、超宽带系统的基本原理,1）概念超宽带无线电是指具有很高带宽比的无线电技术。FCC定义:式中：fH、fL分别为功率较峰值功率下降10dB时所对应的高端频率和低端频率。fc是载波频率或中心频率。频率范围：3.110.6GHz各向同性发射功率谱密度（EIRP）小于-41.3dBm/MHz,或,2）分类脉冲无线电（ImpulseRadio）：采用冲击脉冲（超短脉冲）作为信息载体的无线电技术。多频带UWB：将可用的UWB频谱划分成若干个子带，每个子带宽度不小于500MHz通信时可根据信息速率、系统功耗的要求以及与其他系统共存的要求等，动态的使用部分或全部子带。,2、超宽带系统的波形,最简单、最通用的超宽带波形是单周期脉冲信号。超宽带脉冲波形的设计原则：a、脉冲宽度纳秒级，确保占用超宽带的频谱。b、为了保证脉冲能量的有效辐射，希望其直流分量为零。这一点不是绝对的当脉冲直流分量不为零时，可采用双极性调制，总的发射脉冲的直流分量为零。c、满足FCC的频谱掩蔽要求，对于发射脉冲信号的超宽带系统，其发射信号的功率谱主要由发射脉冲波形的功率谱决定，因此超宽带系统的脉冲波形频谱应满足FCC功率谱密度敷设限制（即频谱掩蔽），避免对其他通信系统造成干扰。,高斯脉冲及其各阶导数：高斯函数表达式：为了简化表达式，令，则高斯函数表示为为高斯脉冲成形因子。增大，脉冲幅度减小，脉冲宽度增加。,高斯脉冲各阶导数波形：,波形分析：从时域波形来看，高斯脉冲导数的阶数越高，脉冲的峰值越多，过多的峰值不利于信号的检测和捕获，也不利于波形的实现。高斯脉冲含有较高的直流分量，不利于信号辐射。但其k阶导数直流分量为零，信号能有效辐射。使用高斯脉冲的原因：超宽带脉冲发生器最容易产生的信号就是类似于高斯脉冲的信号。使用高斯脉冲分析简便。,Gaussianmonocycle，类似于高斯脉冲的一阶导数，其表达式为Scholtzsmonocycle，类似于高斯脉冲的二阶导数，其表达式为高斯脉冲五阶导数，为满足FCC的频谱要求而提出,已有的高斯脉冲种类,Hermite多项式脉冲分析：Hermite多项式的形式为：上式不满足正交性，修正的Hermite多项式的表达式：n取不同的值（1，2，3，）可以得到一组相互正交的脉冲：,Hermite多项式脉冲可以看成是时限信号，也可以看成频限信号，满足UWB脉冲的基本要求。,Hermite多项式脉冲的时域波形,Hermite多项式脉冲的幅度谱,由于不同阶的Hermite多项式脉冲满足正交性，它可用在多用户UWB系统中，将不同阶数的Hermite脉冲分配给不同的用户，可有效地抑制多址干扰。这是Hermite脉冲优于其他脉冲的地方。,3、波形的调制方式,脉冲调制方式1、基本调制方式1）脉冲幅度调制2）开关键控3）BPSK4）脉冲位置调制2、脉冲间隔调制3、脉冲波形调制4、M进制双正交键控多频带脉冲调制1、频谱键控2、其他方式：脉冲串行和脉冲并行OFDM,几种基本调制方式的示意图,脉冲幅度调制（PAM）,定义：把信息调制在脉冲幅度上的方式数学表达式：当调制信息为ai，i=0,1,2,.，调制信号为：其中，p（t）是基本脉冲信号；Tf是脉冲周期；是脉冲序列。优点：物理实现简单，只需一个匹配滤波器和一个脉冲发生器。可以使用非相干解调。缺点：误码性能不是最好。不适合在室内密集多径的环境中使用。,假如发送序列ai是独立同分布的随机变量，则其功率谱密度如下：,开关键控（OOK）,定义：当调制数据是“1”的时候，发送脉冲信号；当调制数据为“0”的时候，不发送脉冲信号。数学表达式：其中，bk0,1是调制信号；p（t）是基本脉冲信号；Tf是脉冲周期。优点：物理实现方法非常简单，只需一个射频开关，适用于低复杂度的超宽带实现。缺点：信号中出现连零时，易造成接收机同步丢失。误码率性能不高。,BPSK,BPSK也称二进制相位调制（BPM）或二进制极性调制。可看做是PAM的特例数学表示式：其中，bk-1,1是调制信号；p（t）是基本脉冲信号；Tf是脉冲周期。,比OOK有3dB优势,脉冲位置调制（PPM）,定义：2-PPM中，当调制信号为“0”的时候脉冲位置不变，当调制信号为“1”的时候出现一个偏移。数学表示式：其中，bk0,1是调制信号；p是脉冲偏移。优点：信号的正交性易得到保证。适合于多址和多进制调制。缺点：误码率和OOK一至。符号间干扰（ISI）比较严重。PPM的实现比较复杂。,功率密度,误码率,脉冲间隔调制（DPIM）,脉冲间隔调制DPIM和PPM类似，PPM改变的是脉冲在一个脉冲周期里的绝对位置来调制信息，而DPIM是通过是通过改变相邻脉冲之间的间隔来调制信息的。,4-PPM和4-DPIM对比,当调制信号等概时，它们的平均时隙长度分别为：4-PPM：4，4-DPIM：2.5相对于PPM，DPIM的传输效率更高。且DPIM同步更简单，只需要时隙同步，而不需要符号同步。,脉冲波形调制（PSM）,数学表示式：二进制调制其中，ai（0,1）是调制信号；s0（t）、s1（t）分别是不同形状的正交脉冲序列。PSM可以进行多进制调制方式，并且在多址通信中可以给不同的用户分配不同的波形。缺点：误码率性能低。脉冲性状的改变对PSM影响很大。误码率：,M进制双正交键控,定义：使用多个脉冲组成的正交脉冲串来传输信息，和PSM类似，这也是一种正交调制方式，但不同的是它使用正交脉冲串来调制数据，类似于传统的时频调制。,4-BOK：,分别为正交脉冲串。,、,频谱键控调制（SK）,概念：在SK调制中，每个脉冲用不同频带，发送信息以不同频率的发送顺序编码在符号中。因为符号中所有脉冲具有正交频率，所以不同频带的多径信号不会互相影响，并且符号间隔扩大若干倍。SK信号符号间存在保护时隙。,f1,f2,f3,符号周期,符号时间,频率,时间,t1,t2,t3,发射信号表示式：T是符号周期，;P（t）满足FCC频率覆盖要求。在高斯加性白噪声信道下，系统误码率性能M是所用子带数。,OFDM,主要思想：将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制到在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开，这样可以减少子信道之间的相互干扰ICI。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽，因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落，从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分，信道均衡变得相对容易。码元组成：MB-OFDM系统采用时隙编码，每个OFDM码前插