基于频谱兼容的超宽带脉冲波形设计

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1、题 目基于频谱兼容的超宽带脉冲波形设计目录摘 要1Abstract2第一章 绪论31.1 研究背景及意义31.2 国内外研究现状51.3 研究内容和安排7小结8第二章 高斯脉冲及其导函数分析92.1 超宽带系统的脉冲92.2 脉冲宽度的改变92.3 脉冲微分10小结13第三章 组合脉冲算法设计143.1 随机选择算法143.2 最小均方误差准则17小结19第四章 总结20参考文献21致谢23摘 要随着无线通信技术在全球的使用，投入越来越大，更多不同的无线通信技术也在蓬勃发展着。超宽带（UWB）技术利用它低干扰的特点使其与现有的无线电系统共存，从而为目前的频谱匮乏问题提供了一种有效的解决方法，这

2、种技术避免了昂贵的频谱批准费用。也正是因为超大的带宽，FFC对UWB系统有着严格的限制。为了很好的符合FFC的辐射掩蔽，发射的基础脉冲波形需要进一步设计和考量。因此脉冲波形设计在UWB领域中非常重要的地位。这篇论文的主要目标是通过常用的高斯函数及其导函数叠加来设计出符合FCC功率谱限制的脉冲波形，并且完成脉冲波形频谱利用率最大化最优化。关键词：超宽带，频谱兼容，FCC频谱规范，脉冲设计AbstractWith the increasing use of wireless communication technologies in the world, more and more differe

3、nt wireless communication technologies are also developing. Ultra-wideband (UWB) technology uses its low-interference characteristics to coexist with existing radio systems, providing an effective solution to the current spectrum scarcity problem, which avoids expensive spectrum approval fees. It is

4、 also because of the large bandwidth, FFC has strict restrictions on UWB systems. In order to meet the radiation masking of FFC well, the transmitted basic pulse waveform needs further design and consideration. Therefore, the pulse waveform design is very important in the UWB field. The main goal of

5、 this paper is to design a pulse waveform that conforms to the limits of the FCC power spectrum by superimposing commonly used Gaussian functions and their derivative functions, and to maximize the spectrum efficiency of the pulse waveform.Key words: Ultra-wideband, spectrum compatibility, FCC spect

6、rum specification, pulse design第一章 绪论1.1 研究背景及意义随着现代社会的发展，通信显然成为了人们生活和工作中必不可少的一部分，针对不同的通信方式，主要可以将通信分为无线通信和有线通信两种。目前无线通信在我们生活中可以说是有着相当大的一部分占比，比如我们常用的手机移动通信，WiFi技术都是无线通信领域中的代表。目前，无线通信技术从覆盖范围上来说可以分为四大类，分别是无线个域网（wireless personal area network，WPAN）、无线局域网（wireless local area network，WLAN）、无线城域网（wireless

7、metropolitan area network，WMAN）和无线广域网（wireless wide area network，WWAN）。其中比较贴近我们生活的就是无线个域网，该技术主要针对覆盖半径小，要求速率高，业务类型丰富，可以实现无缝连接等目标而提出来的，这种技术常被用于移动设备和家用电器之间通信的技术，而超宽带技术也成为继蓝牙和ZigBee等技术之后成为WPAN的关键技术。超宽带不是一个全新的技术。实际上，它的首次应用是Guglielmo Marconi在1901年用火花隙无线电发射机跨越大西洋传送摩斯密码序列。但是，电磁脉冲带来的大的带宽和实现多用户系统等好处，当时却没有被考虑过

8、应用于实际系统之中。大约50年之后，现代脉冲通信以脉冲雷达的形式应用于军事领域。 自20世纪60年代后期以来，美国已成为UWB通信的先驱。从19世纪60年代到90年代以来，这种技术仅限于军事和美国国防部在诸如安全通信等分类计划下的应用。所以UWB可以被认为是一种在原有基础上发展的技术。1上世纪末，半导体技术的快速发展使得UWB开始转向用于商业应用。1998年，FCC认识到UWB技术的重要性，并开始进行监管审查。基于NTIA，美国商务部和美国国防部的讨论，美国联邦通信委员会于2002年2月14日通过了正式的规则修改，允许超宽带系统民用。这是迄今为止美国联邦通信委员会授予的未经许可使用的最大频谱分

9、配。FCC将超宽带定义为任意相对带宽大于20%或绝对带宽大于500MHz，其中相对带宽（fractional bandwidth）定义为，和分别为发射天线输出-10dB辐射点所对应的高低端频点。从上面的定义可以看出，超宽带信号的辐射频段远远超过现有的任何一个无线通信系统。针对这样的系统，FCC一方面限制超宽带系统的频率使用范围在3.1-10.6GHz频带内，另一方面对其辐射功率做出了更为严格的要求如图1.1。对于室内的超宽带信号，最大的发射功率谱密度为-41.3dBm/MHz，而在GPS系统所使用的频段，为了避免超宽带系统对其产生干扰，提出了更加严格的限制。2图1.1：FCC规定的超宽带系统的

10、辐射掩蔽超宽带系统的实现方式主要可以分为载波调制和脉冲无线电两种。前者是在FCC制定的超宽带标准实现的过程中发展起来的，后者则是一种比较传统的超宽带通信方式。3需要提到的是，在本文中提到的超宽带技术都是脉冲无线电技术，其在未来社会的各个行业具有巨大的潜力。其主要优点如下所述：1.潜在的支持高数据速率和系统容量的能力2.定位精度高，探测能力强3.频谱资源共享4.穿透能力强5.抗干扰性和保密性好6.成本低，功耗低4从根本上来说，超宽带系统的上述优点全部来自于其超大的带宽和极低的几乎和噪声处于一个水平线上的发射功率，这也就是超宽带系统具有很大发展潜力的原因。因为超宽带系统超大的带宽包含了很多现有的重

11、要的无线通信系统，所以FCC会提出辐射掩蔽的严格限制。这也是超宽带系统设计需要考虑的内容，能不能和其他通信系统在频谱上实现兼容。而本文的研究内容：基于频谱兼容的脉冲波形设计，正是因为符合FCC的辐射掩蔽，所以才能实现频谱兼容。而符合辐射掩蔽，就必须保证单脉冲的功谱密度在辐射掩蔽之下，因而，本文的内容就是研究单脉冲的超宽带脉冲波形设计，在单脉冲基础上实现了符合辐射掩蔽之后，那么超宽带系统就可以实现频谱兼容。1.2 国内外研究现状超宽带脉冲波形设计需要根据不同的目标和不同的环境设计不同的脉冲波形，但是从整体频谱上来说具有很大程度上的灵活性，从500MHz-10.6MHz都可以应用。超宽带系统从频谱