超宽带（UWB）接收机的电路设计及仿真

1、超宽带（uwb）接收机的电路设计及仿真目前，超宽带(uwb)解调办法可归纳为下面三种：一种是构造一个和接收信号差不多的模板信号，然后采纳相关方式;另外一种就是采纳积分检波的方式解调出uwb信号;还有一种就是对接收的信号举行a/d转换，通过抽样值识别信号。第一种计划实现比较困难，由于ns级的脉冲假如实现相关接收，同步时光必需精确到ps级,这种要求无论是对接收端还是放射端都是一个挑战。容易的积分检波方式抗干扰性能比较差。采纳抽样的方式实现 uwb信号的接收，前提是必需用法高速的，接收机复杂度将会大大增强。本文提出了在前端应用同步控制的选通脉冲，在uwb的信号到来时选通，控制积分信号进入后面的判决。

2、这种方式的优点是提高了接收信号的信噪比，同时实现了多址通信。图 1 接收机方框图图2 电路图新型接收机的结构传统接收机的前端都有一个带通，来阻挡带外干扰信号和噪声的进入，从而提高信噪比。但是uwb信号的频带比较宽，在这个频带内存在无数的噪声和其它的窄带干扰信号，采纳接收前端加带通滤波器的办法来提高接收信号的信噪比效果不是太显然。uwb信号与传统的窄带信号不一样，它是一个时光上不延续、脉冲宽度相对很窄的信号，因此在信号到来时积分实现信号的检测，在其它时光内屏蔽噪声和外界的干扰信号，即通过在时域隔离噪声的办法来提高uwb接收机的信噪比。本文采纳容易的平方检波方式来实现uwb信号的积分检测，接收机的

3、方框图1所示。由天线接收下来的uwb信号经过一个宽带后，进入积分检测电路，在uwb信号脉冲到来时，选通脉冲控制uwb的积分信号进入比较判决电路，实现伪码信号的检测判决。判决后的伪码信号与本地的pn码相乘后，通过的积分，进入门限判决电路，实现数据的正确解调。在这里选通脉冲对uwb 积分信号的捕捉及同步是本系统的关键部分，捕捉过程如下：1. 脉冲波形积分信号的同步捕捉。1所示，首先由选通脉冲控制uwb的积分信号进入门限判决电路，其中选通脉冲的重复速率和伪码的速率相同;然后对进入门限判决电路的积分信号电平举行判决，超过判决门限时判为1，否则为0;判决后的信号送到移位寄存器，移位寄存器的长度以所用法的

4、pn码的特性来设定，在可以正确接收的状况下，移位寄存器可以存储的伪码必需包含两个1，目的是防止在有噪声进入系统时，系统因误判决产生误动作而进入失步状态。每隔 tf的时光对移位寄存器读取一次数据，假如里面存储的数据含有1的符号，选通脉冲停止移位，认为取得同步;假如全0则控制选通脉冲继续移位搜寻。2. pn码的同步捕捉。由于pn码的周期为ptf，其中tf为单个伪码的周期，其中p值较大，要取得较精确的相关，普通ntftd性能分析与波形相关方式相比，同步捕捉简单实现。在采纳相同的搜寻算法中，假定接收到的信号周期为1ns，假如采纳波形相关的方式搜寻移位的时光为周期的1/4，即0.25ns，那么采纳取其包

5、络的移位同 样设定为积分信号的1/4，假定包络的积分时光为80ns，则其步长移位时光为 20ns。在同步跟踪方面，采纳波形相关的方式需要时钟同步必需精确到几十ps，但是采纳同步包络检波的方式只要精确到几个ns就可以了，硬件更简单实现。采纳时域滤波的办法提高了信号的信噪比。本文所用法的是极窄脉冲信号，是一种眨眼放射脉冲信号的通信方式，可以采纳开关方式在时域上屏蔽噪声和外来信号干扰的办法。在选通脉冲没有到来时，积分信号接地，阻挡外面的干扰信号和噪声进入后面的判决电路。惟独当选通脉冲到来时，外部的噪声及干扰信号才可以和uwb信号的积分信号进入判决电路。假如不考虑系统本身的噪声影响，通常状态下信噪比是

6、eb/no，其中eb为信号的能量， n0为噪声的能量。当加上开关时，信噪比将变成ebtf/noton，其中tf为脉冲周期，ton为电子开关的开启时光。uwb信号的特点是，在低速率时tf/ton值比较大，对uwb的接收敏捷度有很大提高。同时可以将用法不同伪随机码的其它uwb信号屏蔽，实现多址通信。固然，不行避开的是电子开关对囫囵接收系统的影响，比如选通脉冲对uwb积分信号的影响，假如干扰太大，会影响后级的判决输出。电路仿真系统仿真的电路2所示，容易起见，只仿真了前级伪码输出电路。仿真时采纳码速率为2mhz的1010信号，uwb信号通过一个的耦合变成极性相反的两路信号，通过检波检波进入后面的积分电

7、路，当选通脉冲与接收的uwb信号同步时，选通脉冲控制电子开关在信号到来时开启，信号积分后进入后面的低通放大电路，然后经过迟滞输出伪码信号。当没有uwb信号时导通到地，使输入到低通滤波器的信号为零，阻挡外面信号和噪声积分后进入后面的放大比较电路。事实上，大部分的信号能量集中在80ns"100ns之间，所以把电子开关的导通时光定为80ns。在系统仿真中，电子开关的参数设置开启和关断的时光为10ns，信号的积分时光在80ns"100ns之间，所以设计有源低通滤波器的带宽为10mhz，截止频率为 20mhz。本文所采纳的仿真软件是7，输入的uwb信号通过几个信号源延时叠加来模拟接收

8、到的多径信号，同时加入一个幅度很大的高斯白噪声信号。在没有选通脉冲输入时，信号通过检波二极管进入后面的积分电路，积分信号波形显示，积分后的信号波形的噪声很大，有的随机噪声超过了信号的幅度，进入低通滤波器输出积分后的低频成分，但是有些噪声项幅度与信号差不多，经过迟滞比较器输出后有错误的判决浮现。当加入伪码控制的选通脉冲与输入信号同步时，可通过二极管积分。在开关导通时，外面的噪声彻低被屏蔽掉，惟独在选通脉冲到来时，噪声才可以进入检测电路。在选通没有uwb脉冲时，噪声的积分幅度也很大，但主要是高频重量，所以，在经过低通滤波器后，可以将高频重量滤除，通过迟滞比较器可以实现伪码信号的正确检测。电路实现在实际电路中，检波二极管采纳成都亚光的零偏置检波二极管，型号为2h10673a，导通200 mv，工作频率大于3ghz。选通脉冲器件采纳pin二极管2k60840，击穿电压大于20v，正向微分1.55?，结0.3pf。接收下来的信号是经过天线展宽、脉冲周期为3ns的不规章信号，所以检波管的工作频率可以彻低满足要求，因为条件所限，不能测试pin管的导通和关断时光，但通过实际测试可以满足系统要求。在实际测试中加入了256kb/s的th-ppm调制的超宽带信号，作为外来的多址干扰信号。结语本文通过