跳时超宽带信号的功率谱分析

1、欢迎访问Freekaoyan论文站跳时超宽带信号的功率谱分析欢迎访问Freekaoyan论文站    欢迎访问Freekaoyan论文站    摘要：推导和分析了TH-UWB信号的功率谱，并指出该功率谱包含连续谱和离散谱成分，其中连续谱形状与UWB极窄脉冲频谱相似，离散谱与跳时调制和数据调制有关。跳时调制可以起到平滑功率谱的作用，且跳时码周期较长时，功率谱更平坦。并通过计算机仿真验证了以上结论    关键词：超宽带；跳时；PPM；功率谱     UWB无线

2、通信技术13以纳秒量级极窄脉冲为传输载体，以脉冲序列的形式传输信息，与传统无线通信技术使用连续的正弦电波作为通信载波有本质的区别。由于这种通信系统的带宽很宽，所以可以用极低的发射功率工作，从而实现与现有的常规无线系统共存，提高频谱的利用率。由于使用ns量级的极窄脉冲作为信号载体，具有很好的时间分辨率，几乎不受多径干扰影响，因此非常适合室内密集多径环境下的无线接入4。UWB无线通信正在成为目前无线通信领域的研究热点。本文从一般意义的二进制TH-UWB信号表达式出发，推导和分析了其功率谱，仿真验证了跳时调制可以起到平滑功率谱的作用，且跳时码周期较长时，功率谱更平坦。1  TH-UWB信号

3、表达式    一般意义的数字基带信号可用随机序列描述为5： 其中：Ts是码元宽度；sxn(t)wi(t)，i1，2，N为第n个码元的波形。对二元信号，“0”和“1”分别用不同波形发送，有：对于跳时UWB信号，设cnTc为脉冲的跳时时移，Tc为跳时时移步长，Cn是由伪随机序列生成的，周期Np,即Cn=cnmNp。设脉冲重复间隔TfTs，即用一个脉冲表达一位信息比特，这样并不失一般性。由此可以得到一般意义的二进制数据TH-UWB信号表达式：其中：l表示第l个用户；clj为用户l的伪随机跳时序列；式(5)给出的信号表达式对于TH-UWB信号的各种不同脉冲形状、

4、数据调制方式和跳时方式来说是通用的，因此该式是具有一般意义的TH-UWB信号表达式。当式中变量取不同函数时，便可得到几种常用的TH-UWB信号。(6) (7)(8)2功率谱分析首先分析式(1)的功率谱密度。随机信号的功率谱密度可由其自相关函数的傅里叶变换求得。式(1)的自相关函数为5：在假设信元相互独立的情况下有。该相关函数包含周期成分和非周期成分。此时功率谱密度为6：其中：(f)为狄拉克函数，Si(f)为si(t)的傅里变换；Pi为出现Si(f)的概率。首先分析离散谱。对于式(5)所描述的二进制TH-UWB信号，脉冲位置与波形由数据是以Np为周期的，所以可以看作是一个TsNpTf的

5、2N p元调制的数字基带信号。对于跳时序列cln和数据aln共同决定的“信号元”有2Np种。式(4)可写为：则第n个发送的“信号元”波形描述为连续谱为自相关函数减去其周期成分后剩余部分的傅里叶变换，所以有：式(17)表明，一般形式的TH-UWB信号功率谱密度既有离散成分D，又有连续成分C。连续谱和UWB极窄脉冲频谱形状相似，决定离散谱线的频率函数是Wk(f)和Q(f),均不为零时，存在离散谱。    现在具体分析2PPM，TH-UWB信号的功率谱。设g0=g1=1/2,又1(t+)=0(t)=(t),由式(17)得2PPM，TH-UWB信号功率谱密度表达式：对于式

6、(18)，当Np1，Tc0时，即为无跳时调制的情况。此时Q(f)21。由式(18)可以看出，跳时调制使信号离散谱间隔减小，且幅度变小，即跳时调制对功率谱有平滑作用。且当Np越大，谱线间隔越小，幅度越小。由式(15)可以看出，当Tf是Tc的整数倍时，Q(f)2在频率分布上以1Tc为周期变化。当TfTcmn，其中m和n为互质整数时，则对于所有是nTc整数倍的频率f来说，并且Gs(f)在这些频率处存在较强谱线。    图1给出了2PPM，TH-UWB信号功率谱，图2是无伪随机跳时调制2PPM，UWB信号功率谱。该仿真中UWB极窄脉冲为。为了清晰地观察离散谱线，选取Tf5

7、 ns，01 ns，Tc05 ns。可以看出，2PPM，TH-UWB信号功率谱密度是比较平滑的。这是因为伪随机跳时调制的作用。且图1中显示在1/Tc=2 GHz整数倍处存在较强的离散谱线。这表明仿真结果和理论分析是一致的。图3和图4比较了Np取不同值时的功率谱密度。其中Np分别取7和127，Nh16不变，Tf50 ns，Tp05 ns。比较图3和图4，可以看出：参数Np的大小对TH-UWB信号的功率谱密度是有影响的。当Np较大时，功率谱更平坦。这一仿真结果验证了以上理论分析所得到的结论。3结语    本文推导和分析了一意义的TH-UWB信号的功率谱，并指出该功率谱

8、包含连续谱和离散谱成分，其中连续谱形状与UWB极窄脉冲频谱相似，离散谱与跳时调制和数据调制有关。跳时调制可以起到平滑功率谱的作用，且跳时码周期较长时，功率谱更平坦。通过仿真验证了以上结论。这些结论可以用来指导UWB无线通信系统的信号设计。  参考文献1Win MZ，ScholtzRAUltra wide bandwidth time-hopping spread spectrum impulse radio for wireless multiple access communicationsJIEEE Trans Commun，2000，48(4)：679-6912Win M Z，Scholtz RAImpulse radio：howitworkJIEEECommunications Letters，1998，2(2)：36-383Scholtz R A , Win M Z .Impulse radio.Invited paper ,Proceedings of PIRMC 97,199