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UWB的调制与多址技术

发布时间:2008/11/26 0:00:00 访问次数:1382

  (1)脉位调制

  脉位调制(ppm)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。按照采用的离散数据符号状态数可以分为二进制ppm(2ppm)和多进制ppm(mppm)。在这种调制方式中,一个脉冲重复周期内脉冲可能出现的位置有2个或m个,脉冲位置与符号状态一一对应。根据相邻脉位之间距离与脉冲宽度之间关系,又可分为部分重叠的ppm和正交ppm(oppm)。在部分重叠的ppm中,为保证系统传输可靠性,通常选择相邻脉位互为脉冲自相关函数的负峰值点,从而使相邻符号的欧氏距离最大化。在oppm中,通常以脉冲宽度为间隔确定脉位。接收机利用相关器在相应位置进行相干检测。鉴于uwb系统的复杂度和功率限制,实际应用中,常用的调制方式为2ppm或zoppm。ppm的优点在于:它仅需根据数据符号控制脉冲位置,不需要进行脉冲幅度和极性的控制,便于以较低的复杂度实现调制与解调。因此,ppm是早期uwb系统广泛采用的调制方式。但是,由于ppm信号为单极性,其辐射谱中往往存在幅度较高的离散谱线。如果不对这些谱线进行抑制,将很难满足fcc对辐射谱的要求。

  (2)脉幅调制

  脉幅调制(pam)是数字通信系统最为常用的调制方式之一。在uwb系统中,考虑到实现复杂度和功率有效性,不宜采用多进制pam(mpam)。uwb系统常用的pam有两种方式:开关键控(ook)和二进制相移键控(bpsk)。前者可以采用非相干检测降低接收机复杂度,而后者采用相干检测可以更好地保证传输可靠性。与2ppm相比,在辐射功率相同的前提下,bpsk可以获得更高的传输可靠性,且辐射谱中没有离散谱线。

  (3)波形调制

  波形调制(pwsk)是结合hermite脉冲等多正交波形提出的调制方式。在这种调制方式中,采用m个相互正交的等能量脉冲波形携带数据信息,每个脉冲波形与一个m进制数据符号对应。在接收端,利用m个并行的相关器进行信号接收,利用最大似然检测完成数据恢复。由于各种脉冲能量相等,因此可以在不增加辐射功率的情况下提高传输效率。在脉冲宽度相同的情况下,可以达到比mppm更高的符号传输速率。在符号速率相同的情况下,其功率效率和可靠性高于mpam。由于这种调制方式需要较多的成形滤波器和相关器,其实现复杂度较高。因此,在实际系统中较少使用,目前仅限于理论研究。

  (4)正交多载波调制

  传统意义上的uwb系统均采用窄脉冲携带信息。fcc对uwb的新定义拓展了uwb的技术手段。原理上讲,-10db带宽大于500mhz的任何信号形式均可称作uwb。在ofdm系统中,数据符号被调制在并行的多个正交子载波上传输,数据调制/解调采用快速傅里叶变换/逆快速傅里叶变换(fft/ifft)实现。由于具有频谱利用率高、抗多径能力强、便于dsp实现等优点,ofdm技术已经广泛应用于数字音频广播(dab)、数字视频广播(dvb)、wlan等无线网络中,且被作为b3g/4g蜂窝网的主流技术。

  (5)跳时多址

  跳时多址(thma)是最早应用于uwb通信系统的多址技术,它可以方便的与ppm调制、bpsk调制相结合形成跳时-脉位调制(th-ppm)、跳时-二进制相移键控系统方案◇这种多址技术利用了uwb信号占空比极小的特点,将脉冲重复周期(tf,又称帧周期)划分成nb个持续时间为t。的互不重叠的码片时隙,每个用户利用一个独特的随机跳时序列在nb个码片时隙中随机选择一个作为脉冲发射位置。在每个码片时隙内可以采用ppm调制或bpsk调制。接收端利用与目标用户相同的跳时序列跟踪接收。由于用户跳时码之间具有良好的正交性,多用户脉冲之间不会发生冲突,从而避免了多用户干扰。将跳时技术与ppm结合可以有效地抑制ppm信号中的离散谱线,达到平滑信号频谱的作用。由于每个帧周期内可分的码片时隙数有限,当用户数很大时必然产生多用户干扰。因此,如何选择跳时序列是非常重要的问题。

  (6)直扩-码分多址

  直扩-码分多址(ds-cdma)是is-95和3g移动蜂窝系统中广泛采用的多址方式,这种多址方式同样可以应用于uwb系统。在这种多址方式中,每个用户使用一个专用的伪随机序列对数据信号进行扩频,用户扩频序列之间互相关很小,即使用户信号间发生冲突,解扩后互干扰也会很小。但由于用户扩频序列之间存在互相关,远近效应是限制其性能的重要因素。因此,在ds-cdma系统中需要进行功率控制。在uwb系统中,ds-cdma通常与bpsk结合。

  (7)跳频多址

  跳频多址(fhma)是结合多个频分子信道使用的一种多址方式,每个用户利用专用的随机跳频码控制射频频率合成器,以一定的跳频图案周期性地在若干个子信道上传输数据,数据调制在基带完成。若用户跳频码之间无冲突或冲突概率极小,则多用户信号之间在频域正交,可以很好地消除用户间干扰。原理上讲,子信道数量越多则容纳的用户数量越大,但这是以牺牲设各复杂度和功耗为代价的。在uwb系统中,将3.1~10.66hz频段分成若干个带宽大于500mhz的子信道,根据用户数量和设各复

  (1)脉位调制

  脉位调制(ppm)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。按照采用的离散数据符号状态数可以分为二进制ppm(2ppm)和多进制ppm(mppm)。在这种调制方式中,一个脉冲重复周期内脉冲可能出现的位置有2个或m个,脉冲位置与符号状态一一对应。根据相邻脉位之间距离与脉冲宽度之间关系,又可分为部分重叠的ppm和正交ppm(oppm)。在部分重叠的ppm中,为保证系统传输可靠性,通常选择相邻脉位互为脉冲自相关函数的负峰值点,从而使相邻符号的欧氏距离最大化。在oppm中,通常以脉冲宽度为间隔确定脉位。接收机利用相关器在相应位置进行相干检测。鉴于uwb系统的复杂度和功率限制,实际应用中,常用的调制方式为2ppm或zoppm。ppm的优点在于:它仅需根据数据符号控制脉冲位置,不需要进行脉冲幅度和极性的控制,便于以较低的复杂度实现调制与解调。因此,ppm是早期uwb系统广泛采用的调制方式。但是,由于ppm信号为单极性,其辐射谱中往往存在幅度较高的离散谱线。如果不对这些谱线进行抑制,将很难满足fcc对辐射谱的要求。

  (2)脉幅调制

  脉幅调制(pam)是数字通信系统最为常用的调制方式之一。在uwb系统中,考虑到实现复杂度和功率有效性,不宜采用多进制pam(mpam)。uwb系统常用的pam有两种方式:开关键控(ook)和二进制相移键控(bpsk)。前者可以采用非相干检测降低接收机复杂度,而后者采用相干检测可以更好地保证传输可靠性。与2ppm相比,在辐射功率相同的前提下,bpsk可以获得更高的传输可靠性,且辐射谱中没有离散谱线。

  (3)波形调制

  波形调制(pwsk)是结合hermite脉冲等多正交波形提出的调制方式。在这种调制方式中,采用m个相互正交的等能量脉冲波形携带数据信息,每个脉冲波形与一个m进制数据符号对应。在接收端,利用m个并行的相关器进行信号接收,利用最大似然检测完成数据恢复。由于各种脉冲能量相等,因此可以在不增加辐射功率的情况下提高传输效率。在脉冲宽度相同的情况下,可以达到比mppm更高的符号传输速率。在符号速率相同的情况下,其功率效率和可靠性高于mpam。由于这种调制方式需要较多的成形滤波器和相关器,其实现复杂度较高。因此,在实际系统中较少使用,目前仅限于理论研究。

  (4)正交多载波调制

  传统意义上的uwb系统均采用窄脉冲携带信息。fcc对uwb的新定义拓展了uwb的技术手段。原理上讲,-10db带宽大于500mhz的任何信号形式均可称作uwb。在ofdm系统中,数据符号被调制在并行的多个正交子载波上传输,数据调制/解调采用快速傅里叶变换/逆快速傅里叶变换(fft/ifft)实现。由于具有频谱利用率高、抗多径能力强、便于dsp实现等优点,ofdm技术已经广泛应用于数字音频广播(dab)、数字视频广播(dvb)、wlan等无线网络中,且被作为b3g/4g蜂窝网的主流技术。

  (5)跳时多址

  跳时多址(thma)是最早应用于uwb通信系统的多址技术,它可以方便的与ppm调制、bpsk调制相结合形成跳时-脉位调制(th-ppm)、跳时-二进制相移键控系统方案◇这种多址技术利用了uwb信号占空比极小的特点,将脉冲重复周期(tf,又称帧周期)划分成nb个持续时间为t。的互不重叠的码片时隙,每个用户利用一个独特的随机跳时序列在nb个码片时隙中随机选择一个作为脉冲发射位置。在每个码片时隙内可以采用ppm调制或bpsk调制。接收端利用与目标用户相同的跳时序列跟踪接收。由于用户跳时码之间具有良好的正交性,多用户脉冲之间不会发生冲突,从而避免了多用户干扰。将跳时技术与ppm结合可以有效地抑制ppm信号中的离散谱线,达到平滑信号频谱的作用。由于每个帧周期内可分的码片时隙数有限,当用户数很大时必然产生多用户干扰。因此,如何选择跳时序列是非常重要的问题。

  (6)直扩-码分多址

  直扩-码分多址(ds-cdma)是is-95和3g移动蜂窝系统中广泛采用的多址方式,这种多址方式同样可以应用于uwb系统。在这种多址方式中,每个用户使用一个专用的伪随机序列对数据信号进行扩频,用户扩频序列之间互相关很小,即使用户信号间发生冲突,解扩后互干扰也会很小。但由于用户扩频序列之间存在互相关,远近效应是限制其性能的重要因素。因此,在ds-cdma系统中需要进行功率控制。在uwb系统中,ds-cdma通常与bpsk结合。

  (7)跳频多址

  跳频多址(fhma)是结合多个频分子信道使用的一种多址方式,每个用户利用专用的随机跳频码控制射频频率合成器,以一定的跳频图案周期性地在若干个子信道上传输数据,数据调制在基带完成。若用户跳频码之间无冲突或冲突概率极小,则多用户信号之间在频域正交,可以很好地消除用户间干扰。原理上讲,子信道数量越多则容纳的用户数量越大,但这是以牺牲设各复杂度和功耗为代价的。在uwb系统中,将3.1~10.66hz频段分成若干个带宽大于500mhz的子信道,根据用户数量和设各复

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