DS-UWB系统信号的产生及MATLAB仿真

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DS-UWB系统伪随机序列同步捕获算法实现及分析

摘
要：采用ＲＫＡＥ接收的Ｄ－ＷＢ系统中，ＳＵ同步对系统的性能至关重要。利用辅助序列进行系统同步方法能够确定本地序列移动方向，快速实现同步。首先，实现了Ｄ — ＷＢ系统中采用辅助序列进行ＳＵ的伪随机序列同步捕获。与传统的滑动相关方法不同，用了接收信号与特定辅助序列的相关信利息，对本地伪随机序列同接收信号中的伪随机序列相位差进行估计，并得到相位移动的方向，而从
减小捕获时间。最后，理论分析与仿真结果表明，用辅助序列实现Ｄ利Ｓ—ＵＷＢ系统伪随机序列同
步捕获的平均捕获时间低于串行滑动相关方法平均捕获时间的一半。关键词：超宽带；同步；扩频；伪随机序列
中图分类号：Ｎ１．３；Ｎ２．Ｔ９４３１Ｔ９９５文献标识码：Ｂ
ＡｂｓｒｃＳｎｈｏｉａｉｎｉｒｉｌｔｈｙｔｍｅｏｍａｃｏｔａｔ：ｙｃｒｎｚｔＳｃｕｃａｏｔｅｓｓｅｐｒｒｎｅｆｒＤＳ．ｏｆＵＷＢｙｔｍｔｓｓｅｗｉｈＲＡＫＥｒｃｉｅ．ＴｅｅｖｒｈｅｄｒｃｉｎｏｈｐａｅｏｈｏａｉｎａｅｅａｏａｕｃｌｅｅｉｅｎｙｃｒｎｚｄｂｓｆａｕｉｉｒｉｅｔｏｆｔｅｕｄｔｆｔｅｌｃｌｓｇｌｇｎｒｔｒｃｎｇｒｋｙｄｔｒｎｄａｄｓｎｈｏｉｅｙｕｅｏｎａｘｌａｙｍｓｇｅｕｎｅＩｈｓｐｐｒＰＮｅｅｃｙｃｒｎｚｔｎｉｃｕｒｄｕｉｇａｕｉａｅｅｃｎＤＳＵＷＢｓｓｉｎｓｑｅｃ．ｎｔｉａｅ．ｓｑｕｎｅｓｎｈｏｉａｉｓａｑｉｅｓｎｎａｘｌｒｓｑｕｎｅｉ — ｏｉｙｙ —

uwb 调制编码

UWB（Ultra-Wideband，超宽带）是一种通信技术，其调制和编码方式取决于具体的 UWB 标准和应用场景。

UWB 技术的主要特点是使用非常大的频带宽度，通常超过传统无线通信系统的频带宽度。

以下是 UWB 调制和编码的一般概述，但请注意，具体实现可能因 UWB 标准而异。

UWB 调制方式：1.脉冲位置调制（PPM，Pulse Position Modulation）： UWB 系统常使用脉冲位置调制，其中信息通过脉冲的到达时间来传输。

不同的时间位置代表不同的信息符号。

2.脉冲振幅调制（PAM，Pulse Amplitude Modulation）： UWB 中也可以使用脉冲振幅调制，即通过改变脉冲的振幅来传递信息。

3.脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation）：在 UWB 中，信息也可以通过调制脉冲的宽度来进行传输。

UWB 编码方式：1.直接序列扩频（DS-UWB）：使用 DS-UWB 的系统采用扩频调制，通过在每个比特上应用一个长的码片（chips）序列来进行信息传输。

2.脉冲位置调制（PPM）编码：脉冲位置调制也可以看作一种编码方式，其中不同的位置表示不同的符号。

3.OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）：在某些 UWB 实现中，OFDM 技术也被用于多载波调制。

OFDM 将信号分成多个子载波，每个子载波都可以携带信息。

4.Time Hopping Impulse Radio（TH-IR）：这是一种 UWB 实现方式，使用时间跳变脉冲信号。

信息通过在时间轴上的不同跳变位置进行编码。

请注意，UWB 技术在不同的应用场景和标准中可能有很大的差异，因此实际的调制和编码方式可能会因具体的 UWB 实现而异。

最常见的 UWB 标准之一是 IEEE 802.15.4a，但还有其他标准和自定义实现。

在了解特定 UWB 系统的调制和编码方式时，最好查阅相应的标准文档或制造商的技术规格。

UWB系统的建模及仿真

Ｎ —Ｉ１
个跳时码周期内，建立３大部分，分别实现超宽
带信号的产生信号的传输、信号的接收。系统模
型如图ＩＮ示。
１ — Ｕ — ＮＨ —￣１广射］厂Ｗ｛］广ＡＥ］Ｉ发机 — —ＢＲＫ￣ — — — ｛
间，由Ｎｓ帧组成，每１里包含１脉冲；Ｔ为帧帧个的持续时间；６信息码元调制参数，表示脉冲为
位置调制（Ｐ），单位码元引起的脉冲时移；ＰＭ时ｂ指第ｉ信息码元，ｂ６示由信息调制引起的时ｉ个，表
一
１系统模型研ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ设计
ＵＷＢ通信系统采用超短脉冲（冲持续时间脉
小于１ｎ）为信息载体，通过有用信息控制超短ｓ作脉冲相对于定时时刻的位置，即脉冲位置调制（Ｐ，实现信号调制。在多用户通信情况下，ＰＭ）】采用跳时扩频多址技术，用伪随机跳时码将超短脉冲的出现时刻随机化。一个跳时码周期内的ＵＷＢ号表达式为（）信１：
０引言
ＵＷＢ超宽带）术作为一种全新技术，因其（技自身的特点和优势，从其诞生之日起就一直受到
移；Ｃ。示由跳时码引起的时移，ｃ跳时码ｉ表Ｔｉ为序列，ｃ整数，取值范围是【，Ｎ；ｃ每一ｉ是０】ｉ为个跳时码的持续时问，ｃ示由跳时码引起的时ｉ表Ｔ移，ＮＴ＜ｒＴ。在每一帧中，脉冲在时间轴上的位置由信息码元调制参数６和跳时码ｃ同决定，设共ＴＨＮｂｓＮｋ正整数。Ｔ＝ ×Ｔ，为

MATLAB信号处理仿真实验

MATLAB信号处理仿真实验1. 引言信号处理是一种广泛应用于各个领域的技术，它涉及到对信号的获取、处理和分析。

MATLAB是一种强大的数学软件，提供了丰富的信号处理工具箱，可以用于信号处理的仿真实验。

本文将介绍如何使用MATLAB进行信号处理仿真实验，并提供详细的步骤和示例。

2. 实验目的本实验旨在通过MATLAB软件进行信号处理仿真，以加深对信号处理原理和算法的理解，并掌握使用MATLAB进行信号处理的基本方法和技巧。

3. 实验步骤3.1 生成信号首先，我们需要生成一个待处理的信号。

可以使用MATLAB提供的信号生成函数，如sine、square和sawtooth等。

以生成一个正弦信号为例，可以使用以下代码：```MATLABfs = 1000; % 采样频率t = 0:1/fs:1; % 时间向量f = 10; % 信号频率x = sin(2*pi*f*t); % 生成正弦信号```3.2 添加噪声为了更真实地摹拟实际信号处理场景，我们可以向生成的信号中添加噪声。

可以使用MATLAB提供的随机噪声生成函数，如randn和awgn等。

以向生成的信号中添加高斯白噪声为例，可以使用以下代码：```MATLABSNR = 10; % 信噪比y = awgn(x, SNR); % 向信号中添加高斯白噪声```3.3 进行滤波处理滤波是信号处理中常用的一种技术，用于去除信号中的噪声或者提取感兴趣的频率成份。

可以使用MATLAB提供的滤波函数，如fir1和butter等。

以设计并应用一个低通滤波器为例，可以使用以下代码：```MATLABorder = 10; % 滤波器阶数cutoff = 0.1; % 截止频率b = fir1(order, cutoff); % 设计低通滤波器filtered_y = filter(b, 1, y); % 应用滤波器```3.4 进行频谱分析频谱分析是信号处理中常用的一种技术，用于分析信号的频率成份。

多用户DS-UWB信号的伪码周期估计

方法，实现了多用户Ｄ — ＷＢ信号的ＰＳＵＮ码周期盲估计。该方法对接收信号的功率谱进行二次谱处理，最后得到的二次谱就会在接收的多用户Ｄ — ＷＢ信号的ＰＳＵＮ码周期整数倍处出现一系列的尖峰脉冲，过检测这些脉通
ＧＡＯｎ —ｈｅｇ，ＺＨＡＮＧａ — ，ＤＵａ — ｕＹｏｇｓｎＴｉｎｑｉＸｉｏｈａ，ＧＡＯａｇｙｎＸｉｎ — ｕ
（ｈｎｑｎｅａｏｔｒｉｎｌ＆ＩｏｍｔｎＰｏｅｉＣｏｇｉＫｙＬｂｒｏｙｏＳａｇａｆｇｎｒａｉｒｃｓｎｆｏｓｇ，ＣｏｇｉｎｖｒｔｏｔｈｎｑｎＵｉｓｙｏＰｓｇｅｉｆｓ＆Ｔｌｏｍｕｉｔｎ，Ｃｏｇｉｇ４０６ｅｃｍｎａｉｓｈｎｑ００５ｅｃｏｎ
谱的形状。同时，仿真实验也验证了该方法能够在较低的输入信噪比条件下良好地工作。
关键词：直接序列超宽带；多用户；伪码；二次谱
中图分类号：Ｔ３１Ｔ３３Ｐ９；Ｐ９文献标志码：Ａ文章编号：１０ — ６５２１）９３３ —４０１３９（０００ — ４９０
ｕｅｈｅｒｅｓｉｇｏｈｏｒｓｅｔｍｆｓｎｌｔｈｅｅｔｅｅｔｔｎｏＮｓｑｅｃｅｏｒｍｕｔ・ｓｒＤ－ｓｄｔｅｒｐｏｅｓｎｆｅｐｗｅｐｃｒｏｉａｏａｉｖｈｓｉｉｆＰｅｕｎｅｐｒｄｆｌ－ｅＳ－ＢｔｕｇｍａｏｉｏｉｕＵＷ

基于混沌序列的超宽带通信系统性能比较

性和足够长码周期，能抗侦破和抗干扰；３易于产生、（）
其中．：ａ）ｉｘ是二进制数据符号 “ 。 ” 列对应到 “ １０１序一，
１，：其他符号说明同式（）２中的符号加工、复制和控制；４具有较多独立地址，实现码分＋ ”ｃ是混沌跳时码，（）能多址对于以上几点要求．里采用改进型Ｌｇｓｃ映说明这ｏｉｉｔ
均值白噪声一致。因此改进型Ｌｇｔｏｉｉｓｃ映射产生的混沌序列比较适合用作跳时码和扩频码。
３混沌跳时超宽带信号模型、
力强以及成本低廉等许多优点．已经成为当今无线通信号的表达式：信领域研究和开发的一个热点。（＝（ｊ，ＣＴ） … ， ∑√ ）ｔＴ。－－（一 ¨ 在ＵＷＢ通信中．了加强多址能力．要较长的为需Ｊ— ＝∞ 二，随机序列．会导致系统的信息速率下降由于混沌序这其中，是每个脉冲携带的能量，。基本脉冲ＥＪ是Ｐ列对初始值的极端敏感性．以产生数量巨大、意长可任经过能量归一化后的波形，是脉冲重复周期，ｃ是混度的序列，易于产生．其只需要一个混沌系统迭代公式和初始值。能产生混沌序列．就而且混沌序列具有类随沌跳时码，为码片时问，是第用户的第脉冲个个机特性、良好的自相关性和类似噪声等特点，因此把混传输的二进制数值（值为取或者０，）序列ａ是输人二进沌序列作为跳时和扩频序列．可以较好的解决这个问制源，列６序经重复编码器（，）的输出，求 ≤Ｔ／。要ｂ，Ｎ

DS—CDMA UWB信号处理技术

裴志军，张华夏
（天津Ｔ程师范学院电子工程学院，津３０２天０２２）
摘要：在分析ＵＷＢ信号、系统特性的基础上，讨了ＤＳＣＭＡＵ探 — ＤＷＢ信号处理技术，包括信号脉冲波形与调制、发射与接收等。单频带ＤＳＣ — ＤＭＡＵＷＢ解决方案将ＵＷＢ和ＤＳＣ．ＤＭＡ技术优势有效结合，能
ＤＳＣＤＭＡ－ＵＷＢｓｇａｒｃｓｉｇｔｃｎｑｅｉｎｌｏｅｓｎｅｈｉｕｐ
ＰＩｈ－ｎＺＮＧＨｕ —ｉＥｉｕ，ＨＡａｘａＺｊ
（ｃｏｌｆｌｃｒｎｃＥｇｎｅｉｇＴａｊｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙａｄＥｕａｉｎＴａｊ０２２Ｃｉａ）Ｓｈｏｅｔｉｎｉｅｒ，ｉｎｉＵｎｖｒｉｆｃｎｌｇｎｄｃｔ，ｉｉ３０２，ｈｎｏＥｏｎｎｔＴｏｎｎ
随着无线移动通信技术的飞速发展，们对人
是最前沿的技术之一，在应用广泛，际上关潜国
高速无线通信提出了更高的要求，技术不断涌新现。宽带（超ＵＷＢ，ｌａｗｉｅａｄ）无线电以其ｕｔｄｂｎｒ具有传统通信系统无法比拟的独特优势和广阔的应用前景而受到国内外研究机构、准化组织以标及制造商和运营商的广泛关注。与传统无线通信技术不同，ＵＷＢ技术不使用载波，是以占空比而
够以低成本、功耗提供高数据率。低

MATLAB在光通信系统设计与仿真中的应用实践

MATLAB在光通信系统设计与仿真中的应用实践引言：光通信作为现代通信领域的重要分支，在实际应用中扮演着至关重要的角色。

而光通信系统的设计与仿真则是确保其性能和可靠性的关键环节。

在这个领域中，MATLAB作为一款强大的科学计算软件，提供了丰富的工具箱和功能，被广泛应用于光通信系统的设计和仿真。

本文将重点探讨MATLAB在光通信系统中的应用实践，包括信道建模、系统参数优化以及误码率分析等相关内容。

一、光通信系统的信道建模光通信系统的信道模型是开展系统设计和性能仿真的基础。

MATLAB提供了多种用于光纤信道建模的工具箱，使得建模过程更加简便有效。

其中，光纤信道的建模是光通信系统设计中的关键环节。

通过MATLAB中的光纤传输工具箱，可以模拟光纤传输的辐射、衰减以及非线性等效应，从而准确描述光纤衰减和非线性传输特性，确保系统性能的可靠性。

此外，MATLAB还提供了光纤传输光学参数建模工具箱，可以模拟不同类型的光纤材料和结构，为系统设计和仿真提供更多选择。

二、光通信系统参数优化在光通信系统设计中，参数优化是提高系统性能和可靠性的重要手段。

MATLAB为光通信系统设计提供了一系列参数优化工具箱，如全局优化和多目标优化工具箱，以帮助实现光通信系统参数的自动化调整和优化。

利用全局优化工具箱，可以通过建立优化模型和算法，自动搜索系统参数空间中的最佳解。

多目标优化工具箱则可针对多个性能指标进行优化，实现多目标的平衡。

三、MATLAB在误码率分析中的应用误码率是光通信系统性能评估的重要指标之一。

MATLAB提供了丰富的工具箱和函数，方便进行误码率的计算和分析。

通过建立合适的统计模型和概率分布函数，可以利用MATLAB进行误码率的仿真和分析，进而评估系统的传输性能。

此外，MATLAB还提供了灵活的绘图功能，可以直观地显示误码率与其他参数的关系，辅助分析和优化系统设计。

四、MATLAB在系统仿真中的应用系统仿真是光通信系统设计的重要环节之一。

超宽带DS—UWB通信系统的Systemview仿真研究

∞
Ｎｓ一１
｜￡ｓ）＝∑ ∑ｂ￣ｔ＿ｎ（］ｐ一一Ｌ）ｃ（『
收稿日期：０６－５－５２０００
（）１
基金项目：安徽省高等学校青年教师科研基金资助项目（０５ｑ０２ｄ２０ｊ３ｚ）１作者简介：耀华（９６，，霍邱人，大学讲师；许１７一）男安徽安徽
维普资讯
２００６年 பைடு நூலகம் １月
安徽大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｏｎｕｎｖｒｉａｕａｃｅｃｄｔｎｏｒａｆＡｈｉＵｉｅｓｔＮｔｒｌＳｉｎｅＥｉｏｙｉ
Ｎｏｅｅ０６ｖｍｂｒ２ｏ
Ｖ０．０Ｎｏ６１３．
第３０卷第６期
超宽带ＤＳ—ＵＷＢ通信系统的Ｓｓｍｉｙｔｖｗ仿真研究ｅｅ
许耀华，胡艳军
（安徽大学电子科学与技术学院，徽合肥安
摘
２０３）３０９
要：宽带（ＷＢ无线电技术是一种新兴通信技术，到广泛关注．超Ｕ）受文章介绍了超宽带通信原
电技术．
１超宽带ＵＷＢ系统原理
为促进并规范ＵＷＢ技术发展，０２年，Ｃ２０ＦＣ发布了ＵＷＢ初步规定，Ｕ对ＷＢ重新作了如下定义：信号的１ｄ０Ｂ带宽大于等于５０Ｈ或信号相对带宽大于０２相对带宽即信号１ｄ０Ｍｚ．；０Ｂ带宽与中心频率之比一）［＋）２和分别为系统高、／（／］低端频率．ＵＷＢ无线通信的调制方式可分为基于ＩＲ的传统方式和非传统的基于频域处理的方式．基于ＩＲ方式主要有跳时ＴＨ—ＰＭ、Ｐ非跳时的直接序列ＤＵＢ等；Ｓ— Ｍ基于频域处理主要有正交频分复用ＯＤＦＭ子带方式等．ＥＥ８２１．ａＩＥ．５３任务组进行高速ＷＰ０Ｎ标准制订，提出两个候选方案：一种是受Ｍｔｏ等ｏｒａｏｌ公司支持的窄脉冲直接序列ＤＵＳ— ＷＢ方案；另一种是Ｉｔ等公司支持的多带一时频交织一正交频分ｎｌｅ复用（Ｂ— Ｆ — ＦＭ— ＷＢ方案．ＭＴＩＯＤＵ）本文针对窄脉冲直接序列ＤＵＳ— ＷＢ方案，对它的系统构成及其

用MatLab仿真通信原理系列实验

用MatLab仿真通信原理系列实验一、引言通信原理是现代通信领域的基础理论，通过对通信原理的研究和仿真实验可以更好地理解通信系统的工作原理和性能特点。

MatLab作为一种强大的数学计算软件，被广泛应用于通信原理的仿真实验中。

本文将以MatLab为工具，介绍通信原理系列实验的仿真步骤和结果。

二、实验一：调制与解调1. 实验目的通过MatLab仿真，了解调制与解调的基本原理，并观察不同调制方式下的信号特征。

2. 实验步骤（1）生成基带信号：使用MatLab生成一个基带信号，可以是正弦波、方波或任意复杂的波形。

（2）调制：选择一种调制方式，如调幅（AM）、调频（FM）或相移键控（PSK），将基带信号调制到载波上。

（3）观察调制后的信号：绘制调制后的信号波形和频谱图，观察信号的频谱特性。

（4）解调：对调制后的信号进行解调，还原出原始的基带信号。

（5）观察解调后的信号：绘制解调后的信号波形和频谱图，与原始基带信号进行对比。

3. 实验结果通过MatLab仿真，可以得到不同调制方式下的信号波形和频谱图，观察到调制后信号的频谱特性和解调后信号的还原效果。

可以进一步分析不同调制方式的优缺点，为通信系统设计提供参考。

三、实验二：信道编码与解码1. 实验目的通过MatLab仿真，了解信道编码和解码的基本原理，并观察不同编码方式下的误码率性能。

2. 实验步骤（1）选择一种信道编码方式，如卷积码、纠错码等。

（2）生成随机比特序列：使用MatLab生成一组随机的比特序列作为输入。

（3）编码：将输入比特序列进行编码，生成编码后的比特序列。

（4）引入信道：模拟信道传输过程，引入噪声和干扰。

（5）解码：对接收到的信号进行解码，还原出原始的比特序列。

（6）计算误码率：比较解码后的比特序列与原始比特序列的差异，计算误码率。

3. 实验结果通过MatLab仿真，可以得到不同编码方式下的误码率曲线，观察不同信道编码方式对信号传输性能的影响。

通信原理MATLAB仿真实验指导书V1.1

leansmall@
表 5 MATLAB 特殊运算符号：；，（） [] {} 5.MATLAB的一维、二维数组的寻访表6 子数组访问与赋值常用的相关指令格式指令格式 A(r,c) A(r,:) A(:,c) A(:) A(i) A(r,c)=Sa A(:)=D(:) 指令功能数组A中r指定行、c指定列之元素组成的子数组数组A中r指定行对应的所有列之元素组成的子数组数组A中c指定列对应的所有行之元素组成的子数组数组A中各列元素首尾相连组成的“一维长列”子数组 "一维长列"子数组中的第i个元素数组A中r指定行、c指定列之元素组成的子数组的赋值数组全元素赋值，保持A的行宽、列长不变，A、D两组元素总合应相同构成向量、矩阵构成单元数组功能说明示例 1:1:4;1:2:11 分隔行分隔列符号 . .. … % ！ = 注释调用操作系统命令用于赋值功能说明示例
4.MATLAB变量与运算符变量命名规则如下：（1）变量名可以由英语字母、数字和下划线组成
Leansmall Lin
第 3 页
2013-4-26
通信原理 Matlab 仿真实验指导书 V1.1
leansmall@
（2）变量名应以英文字母开头（3）长度不大于 31 个（4）区分大小写 MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。表1 MATLAB的特殊变量与常量变量名 ANS i或j pi eps realmax 功能说明默认变量名，以应答最近一次操作运算结果虚数单位圆周率浮点数的相对误差最大的正实数变量名 realmin INF(inf) NAN(nan) nargin nargout 功能说明最小的正实数无穷大不定值（0/0）

抑制DS-UWB多径干扰的RAKE-MLSE接收机

明该接收机较一般ＲＫＡＥ接收机性能有很大提高。
关键词：Ｄ —ＵＳＷＢ；ＲＫＡＥ；ＭＬＥＳ；多径干扰抑制
ＲＡＫＥ —ＭＬＳｒｃｉｅｏＥｅｅｖｒｆｒＤＳ — ＵｗＢｕｔｐｔｍｌｉａｈ
ｉｅｔｒｎｃｕｐｅｓｏｎｎｔｒｅｅｅｓｐｒｓｉ
ＡｂｔａｔＩｒｅｃｉｖＪｈｄｔａｅ，ＤＳ— ＵＢｓｓｍｓｇｎｒｌｍｐｏｏｐｅｄｒｔｓｈｔｓｒｃ：ｎｏｄｒｔａｈｅｅｈｇａａｒｔｓｏＷｙｔｅｅａｌｅｌｙｌｓｒａａｏ，ｔａｅｙｗｉ
ＫｅｒｓＤｙｗｏｄ：Ｓ—ＵＷＢ；ＲＫＥ；ＭＬＥ；ＭＰｕｐｅｓｎＡＳＩｓｐｒｓｉｏ
近年来，宽带（ＷＢ技术被认为是一种在短超Ｕ）距室内无线通信中较有应用前途的技术，它具有低
ｓｒｃｕｅｔｏａｔｕｔｒｃｍｂｔＭＰＩｈＳｆｒｌｔｎｆＤＳ—ＵＷＢｉｎｌａｅｄｒｅｄａｓｍｐｅｏ．ＴｅＭＬＥｏｍｕａｉｓｏｏｓｇａｙｅｉｄａｉｌｒＲＡＫＥ — ｖｎＭＬＥｅｅｖｒｓｕｔｒｓｐｐｓｄａｎａｐｘｍｔｏｆｔｅＭＬＥｃｅｏｒｄｃｏｕａｏｏｌｘ— ＳｒｃｉｅｔｃｕｅｉｒｏｅｓａｐｒｉｉｎｏＳｓｈｍｅｔｅｕｅｃｍｐｔｔｎｃｍｐｅｉｒｏｏａｈｉｔｈｅｐ３ｓｄｓｒｃｕｒｓｉｐｅｎｅｙＶｉｒｉａｇｒｔｍｄｓｕａｅｎａＤＳ— ＵＷＢｃｍｍｕｉａｏｙ．ＴｍｌｅｔｕｔｅｉｌｍｅｔｂｔｂｌｏｉｈａｉｌｔｄｉｏｍｄｅｎｍｏｎｃｔｎｉｌｎｈｏｇｄｏｈｎｅｓｓｇｅｔｙＩｉｋｔｒｕｈｉｏｒｃａｎｌｕｇｓｅｂＥＥＥ０１３ｎｄ８２．５．ａ．ＰｅｏｍａｃａｎｖｒｃｎｅｔｎＫｅｆｒｒｎｅｇｉｏｅｏｖｎｉａＲＥｒ－ｓｏｌＡｃｉｅａｅｏｓｒｅｎｔｅｓｍｕａｏｓｌ．ｅｖｒｃｎｂｂｅｖｄｉｉｌｔｎｒｕｔｈｉｅｓ

DS-UWB和TH-UWB系统的信道估计性能比较

关键词：ＡＤ－ＷＢ系统；ＰＴＵＰＭ－ＳＵＰＭ－Ｈ－ＷＢ系统；信道估计；ａｅ接收机；Ｒｋ最大似然
中图分类号：Ｎ１．３Ｔ９１２文献标识码：Ａ
ＡｅｆｒａｃｏｐｒｓｎｏｈｎｅｓｉａｉｎｂｔｅｐｒｏｍｎｅｃｍａｉｏｆｃａｎｌｅｔｍｔｏｅｗｅｎＤＳ・－ＵＷＢｙｔｍｎｓｓｅａｄＴＨ・－ＵＷＢｙｔｍｓｓｅＢｉ－ｎＺＥＧＪｇＩａｊ，ＨＮｉＸｏｕｎ
与传统基于正弦波的无线通信不同，ＷＢ技术Ｕ
是通过发送一系列频谱从直流到几个吉赫兹
步阶段，部分算法仍处于仿真阶段Ｊ超宽带信大．号由于脉冲能量小，传播环境为多径环境，且就造成了接收信号的能量很小，此在接收端必须采用因Ｒｋ接收机分集接收来实现能量的集中，Ｒｋａｅ但ａｅ接收机工作效果的好坏完全依赖于信道估计技术，
ｓｓｅ．ｙｔｍ
Ｋｅｗｏｄｓ：ｄｒｃ－ｅｕｎｅＵＷＢｙｔｍ；ｔｍｅ－ｏｐｎｙｒｉｅｔｓｑｅｃｓｓｅｉｈｐｉｇＵＷＢｓｓｅ；ｃａｎｌｅｔｍａｉｎ；Ｒａｅｒｃｉｅ；ｍａｉｙｔｍｈｎｅｓｉｔｏｋｅｅｖｒｘ－ｍｕＩｋｌｈｏｍｉｅｉｏｄ
系统的不同特点，通过分析它们的体系结构、信号和信道模型，结合最大似数对ＰＭ－Ｈ－ＷＢ系统和ＰＭ－ＳＵＰＴＵＡＤ－ＷＢ系统的性能影响．在接收端采用最大比合并选择性Ｒｋａｅ接收机的情况下，过分析两者信道估计产生的时延和损耗，通证明直接序列超宽带系统（ＳＵＤ．ＷＢ）在误码率等性能方面优于跳时脉冲幅度调制（Ｈ．ＷＢ．ＴＵ）

《信号与系统》课程的MATLAB仿真——从一道例题展开

1 带通滤波系统的MATLAB仿真
清华大学郑君里教授主编的教材《信号与系统》(第三版，高等教育出版社)的上册第
301页有一道关于调幅信号作用于带通系统的例题，题干如下(略作改动)：
已知带通滤波器转移函数为
V.(s)
2s
日炉顾=/ + 2s+ 10001，激励信号为
x(0=(1+cosZ)cos( 100?),求稳态响应 y(t). 上述例题中激励信号是一种典型的调幅信
°° ....... \
Pole-Zero Diagram
^":
S
.............. T\-
频谱是《信号与系统》课程中极为重要的概念，时域信号与频谱之间通过傅里叶变换联系-频谱分析的目的是把复杂的时间历程波形, 经过傅里叶分析分解为诸多谐波分量来研究, 以获取动态信号中的各个频率成分幅度和相位分布，从而得到主要幅度和能量分布的频率值, 完成对信号信息的定量解释-激励信号可以写成x(/)=cos(100t)+0.5cos(101/)+0.5cos(9/),基于 MATLAB程序的时域波形及其频谱图如下： %%信号波形
从图1可以看出输入信号的包络线按照 1+cos/变化，变化周期为2it,最大振幅为2, 对应的位置点为2n“处.频谱图中采样频率 Z=100Hz,奈奎斯特频率为//2=50Hz,谱图对奈奎斯特频率呈现对称性，频谱的峰值在16Hz左右，对应于原信号中角频率为lOOras/s (线频率
陈昌兆：《信号与系统》课程的MATLAB仿真
第40卷第3期 2021 年 5 月
曲靖师范学院学报 JOURNAL OF QUJING NORMAL UNIVERSITY

空时码在DS-UWB系统的应用研究

接收端采用Ｒｋ接收机，根据最大比合并原则实现多径合并，产生判决统计量。ａｅ
收稿日期・２０ —１０修订日期：２０ —３１０５０—４０５０・０基金项目ｔ山东理工大学科研基金（０１４６３）４４—００４
维普资讯
第３期
夏斌等：空时码在Ｄ．ＷＢ系统的应用研究ＳＵ
４３
３单天线系统的性能分析
１定发射机和接收机的时钟ｌ步，接收信号为： — Ｊ
４＝０ｇ）＝Ｙｃ一＋０ｓ叩鲁））（＋）１ ∑ ／１Ｖ叩
针对ＤＳＵＷＢ系统，提出了一种将空时编码和Ｒｋ．ａｅ接收结合的方案。该方案的空时编码建立在码片波形，利用ＲＡＫＥ接收机将各径
的信号分离出来，然后对每一径信号分别做解码，再将各径的信号按
１引言
与传统的基于正弦波的无线通信不同，超宽带脉冲无线电（ＵＷＢＩＲ）利用纳秒至微微秒级的非正弦窄脉冲传输数据。ＵＷＢ短脉冲信号占据的频谱带宽很大，几乎覆盖了无线系统的大部分频段，美国联邦通信委员会（ＣＦＣ）在分析了许多大学、公司和研究所的试验报告后，于２００２年２月通过了一项认可超宽带用于民用用途的最终规定。由Ｘｅｒｍｅｐｃｒｍ等公司提出的ＤＳＵＷＢ［方案可以提供ｔｅｓｅｔｕ．１１很高的传输速率、很低的功耗和极强的抗干扰／截获特性，所以引起人们极大的关注和兴趣。低在移动通信系统中，基于多天线的空时编码是提高数据速率和对抗衰落的重要手段，但Ａｌｍｏｔａｕｉ提出的空时码［只适合在平坦衰落信道中使用，不能直接应用在超宽带信道。文献Ｌ针对脉幅或脉位２】３ｊ调制的超宽带系统提出了较好的空时码方案，而且其研究基于与实际信道环境相差较大的信道模型。本文在文献［［工作的基础上，研究了空时码在ＤＳＵＷＢ系统中的应用，同时研究过程中采用了更符３】】．合实际的信道模型。

Matlab产生信号的方法

实验一常用信号的Matlab表示及运算一、实验目的1、掌握Matlab中表示信号的方法.2、掌握Matlab中信号运算的实现方法。

3、掌握在Matlab中画信号波形的方法。

二、实验原理1、Matlab中表示信号的方法信号可以分为连续时间信号与离散时间信号，由于Matlab是通过软件进行信号处理的，所以Matlab中的信号都是离散时间信号，不过在一定条件下，可以近似地表示连续信号。

Matlab语言中的基本数据类型是向量和矩阵，所以信号也用向量或矩阵来表示，列向量和行向量表示单通道信号，矩阵表示多通道信号，矩阵中的每一列表示一个通道。

例如，输入语句x=[1 2 3 5 7]’;就定义了一个五采样点的离散信号x,以x为基础，可以定义3通道信号y=[x x/2 2*x];结果为y =1.0000 0.50002.00002.0000 1.0000 4.00003.0000 1.5000 6.00005.0000 2.5000 10.00007.0000 3.5000 14.0000需要注意的是，Matlab约定向量和矩阵的下标从1开始，如果用户要指定信号的真实时间下标，则应另外构造一个向量作为时间轴。

例如表示离散信号x(n)={x(-2) x(-1) x(0) x(1) x(2)};则应定义时间轴向量nn=[-2 -1 0 1 2];然后定义采样点向量x=[1 2 3 5 7];键入命令stem(n,x)axis([-3 2 0 8])就可以得到具有真实时间下标的信号x(n)的图形，见图1.1。

若要产生具有特定采样频率的信号，也需要定义时间轴向量。

例如要产生一个采样频率为1000Hz的采样信号，应先定义时间轴Fs=1000;t=0:1/ Fs:1;然后定义采样信号x=sin(2*pi*50*t)+2*sin(2*pi*120*t);键入命令stem(t(1:50),x(1:50))就可以画出信号x的前50个采样点的图形，见图1.2。

UWB 技术

UWB 技术1 UWB 的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。

1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20 dB 处的绝对带宽大于1.5 GHz 或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。

此后，超宽带这个术语才被沿用下来。

绝对带宽和相对带宽定义如下：绝对带宽BWAbsolute =f H -f L,相对带宽。

其中，f H 为信号在-20 dB 辐射点对应的上限频率、f L 为信号在-20 dB 辐射点对应的下限频率。

图1给出了带宽计算示意图。

可见，UWB 是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。

2002年2月，FCC 批准UWB 技术进入民用领域，并对UWB 进行了重新定义，规定UWB 信号为相对带宽大于20%或-10 dB 带宽大于500 MHz 的无线电信号。

根据UWB 系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。

表 1：FCC UWB 发射功率限制表Frequency Band (MHz) Imaging below 960MHz Imaging, Mid-Freq uency Imaging, High Frequenc y Indoor applicat ions Hand held, includin g outdoorVehicula r radar 0.009-960 §15.2091§15.209§15.209§15.209§15.209 §15.209 1 §15.209相关规定频段（MHz ）场强（μV/米）测量距离（米）0.009-0.490 2400/F(kHz) 3000.490-1.705 24000/F(kHz) 301.705-30.0 30 3030-88 100 388-216 150 3216-960 200 3>960 500 3960-1610 -65.3 -53.3 -65.3 -75.3 -75.3 -75.3 1610-1990 -53.3 -51.3 -53.3 -53.3 -63.3 -61.3 1990-3100 -51.3 -41.3 -51.3 -51.3 -61.3 -61.3 3100-10600 -51.3 -41.3 -41.3 -41.3 -41.3 -61.3 10600-22000 -51.3 -51.3 -51.3 -51.3 -61.3 -61.3 22000-29000 -51.3 -51.3 -51.3 -51.3 -61.3 -41.3 >29000 -51.3 -51.3 -51.3 -51.3 -61.3 -51.32 UWB的技术特点(1)传输速率高，空间容量大根据仙农(Shannon)信道容量公式，在加性高斯白噪声(AWGN)信道中，系统无差错传输速率的上限为：C=B×log2(1+SNR ) (1)其中，B(单位：Hz)为信道带宽，SNR为信噪比。

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目录摘要 (2)第1章超宽带信号 (3)1.1 引言 (3)1.2 直接序列超宽带信号（DS-UWB） (4)1.2.1 DS-UWB的定义 (4)1.2.2 DS-UWB的特点 (4)1.3 课题的背景及意义 (4)第2章DS-UWB信号产生过程的整体设计 (6)2.1 UWB无线传输系统的基本模型 (6)2.1.1 脉冲形成技术 (6)2.1.2 调制技术 (6)2.2 所用仿真软件的介绍 (7)2.3 UWB在无线多媒体局域网中的应 (7)第3章DS-UWB的应用及发展前景 (9)3.1 UWB的应用........................................................................................................ .. (9)3.2 未来趋势分析 (9)3.3 UWB面临的挑战 (10)第4章DS-UWB信号产生过程的MATLAB实现 ............................................... ..114.1 DS-UWB信号的产生 .......................................................................................... .. (11)4.1.1 DS-UWB信号产生过程的算法 (11)4.1.2 DS-UWB信号产生的仿真过程 ...................................................... .. (12)4.2 DS-UWB系统的仿真结果分析 (13)结论与展望 ........................................................................................................ .17参考文献 ................................................................................................... . (19)附录....................................................................... (19)摘要超宽带（Ultra Wideband，UWB）通信系统具有通信容量大、发射功率低、抗多径干扰和电磁干扰、结构简单、保密性好等特点。

已经成为短距离无线通信领域研究的热点，许多公司、研究机构和高校都投入了大量的人力和财力进行研究。

本文介绍了直接序列超宽带系统的设计与实现，用MATLAB软件实现信号的发射，传输，接收过程,采用的是PAM 脉冲幅度调制，并对其当前的应用和未来的发展做了相关论述。

关键词：UWB，DS-UWB，PAM调制第1章超宽带信号1.1 引言超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。

1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz 或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。

此后，超宽带这个术语才被沿用下来。

其中，fh为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fl为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。

图1给出了带宽计算示意图。

可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术[1]。

为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。

美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。

图1.1.1信号带宽计算示意图2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。

之所以用-10dB 来代替原来-20dB的标准，是因为UWB信号允许的发射功率很低，其功率大小可以接近噪声的功率。

在这样的情况下，-20dB很难被检测到。

根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。

根据FCCPart15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～10.6 GHz。

为保护现有系统(如GPRS、移动蜂窝系统、WLAN 等)不被UWB系统干扰，针对室内、室外不同应用，对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定UWB系统的最高辐射谱密度为-41.3 dB m/MHz。

当前，人们所说的UWB是指FCC给出的新定义。

1.2 直接序列超宽带信号（DS-UWB）1.2.1 DS-UWB的定义直序列超宽带技术(DS-UWB) 是为无线个人局域网络(WPAN)开发的,并借鉴了超宽带通讯技术的长处。

目前,IEEE组织正在考虑的DS-UWB方案将使基于802.15.3a 标准的设备既能提供高性能,又能为高速率的多媒体及手持设备提供低功耗和低成本的扩展能力[2]。

DS-UWB设备应用将依据FCC针对美国市场而制定的超宽带规则并且与世界其它地区制定的规则基本一致,但其传输功率非常低。

实际上,DS-UWB的传输水平与其它无线技术所被允许的传输水平大致相同或更低,基本上达到每MHz频谱-41.3dBm的极限。

由于这一低传输极限的要求某一特定的DS-UWB设备在整个信号带宽当中当具有总共约1/10mW 或-10dBm传输功耗。

1.2.2 DS-UWB的特点·a.它是单频带方式或窄脉冲方式，多个传输任务可共享整个频带的频率，频率利用率高；·b.对现有的、许可频带内的用户造成的干扰少，能有效抵抗多径衰落；·c.能够进行高精度定位和跟踪；·d,易于实现低功耗、低速数据流的无线传输，也可实现高速率、高QoS的多媒体业务等。

1.2.3 DS-UWB技术DS-UWB技术最早是由XtremeSpectrum公司提出并研制出三个芯片的套片，分别为射频模块、MAC模块和基带处理模块，后被Motorola公司旗下的Freescale半导体收购。

这一技术采用的双频段脉冲无线电扩频方式，频段中不考虑5.2-5.8GHz，每一个频带用短脉冲传送，带宽超过1GHz(即脉冲无线电)，使用每符号24个码片的DS-SS调制，纠错方式采用R-S码和卷积码[3]。

它有效地利用了香农理论，实现准确定位，达到较高的频谱利用率。

但是在标准的实施过程中，易受当地政策对频率资源规划的限制。

1.3 课题的背景及意义2002年2月14日，美国联邦通信委员会修订了第15标准(Part15rules)，它是管理包括UWB设备在内的使用非授权频段的无线设备的标准。

在FCC的指导下，对UWB的使用提供了在短距离(不足10米的范围)、低发射功率(平均等方向性辐射能为-41.3dBm/MHz)，其有极高的容量(几个Gbps)的要求。

FCC对UWB信号的定义是UWB带宽大于500MHz(UWB带宽指-10dB带宽)，或分数带宽(即带宽与中心频率的比)大于0.20。

传统的通信系统一般分数带宽都小于0.01，WCDMA系统的分数带宽约为0.02，而在UWB系统中其分数带宽等于O.2或0.25。

FCC还规定了UWB系统在非授权的频段3.1-10.6GHz内，以极低的功率工作。

较低的带内带外发射功率限制确保了UWB设备不会对现存授权频段的设备及其他重要无线设备产生干扰。

从载波方面看，传统的通信技术是把信号从基带调制到载波上，而UWB技术是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲对数据进行直接调制，从而具有GHz量级的带宽。

超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它开发了一个具有千兆赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。

香农理论认为，信道的容量随带宽线性增加，随信噪比(SNR)的降低呈对数减小。

这种关系说明，无线通信系统的容量可随所占带宽的增加、SNR的降低而增加。

这样，对于WPAN，在发射距离较近的情况下，信号的传播损耗较小，可以通过增加信号带宽来提高系统的容量。

第2章DS-UWB信号产生过程的整体设计2.1 UWB无线传输系统的基本模型与传统的无线发射机结构相比，UWB的发射机结构相对简单，易于实现，如传统蓝牙系统是一种低功耗的无线传输技术，它的集成电路是经典的超外差电路，发射机部分包括压控振荡器、锁相环同步器、参考振荡器，因为脉冲产生器只需产生大约100mV的电压就能满足发射要求，因而发射端不需要功率放大器，UWB的发射、接收机结构比蓝牙更简单，UWB的发射机可灵活地调整发射距离，当发射距离增大时，UWB可以用多个脉冲传一个信号以增加接收端的信噪比，由于UWB的发射功率与脉冲重复频率成正比，因此可以通过软件对数据率、功耗、发射范围进行管理，这种灵活性非常有利于功率受限的便携式终端的设计。

2.1.1 脉冲形成技术任何数字通信系统，都要利用与信道匹配良好的信号携带信息，对于UWB通信系统，成形信号g（t）的带宽必须大于500MHz，且信号能量集中于3.1－10.6GHz频段，脉冲成形技术中最具代表性的无载波脉冲是高斯单周脉冲，它的带宽已经大于2GHz，高斯单周脉冲是高斯脉冲的各阶导数，各阶脉冲波形可由高斯一阶导数通过逐次求导得到。

随着脉冲信号阶数的增加，过零点数逐渐增加，信号中心频率向高频移动，但信号的带宽无明显变化，相对带宽逐渐下降，早期UWB系统采用1阶、2阶脉冲、信号频率成分从直流延续到2GHz，按照FCC对UWB的新定义，必须采用4阶以上的亚纳秒脉冲方能满足辐射谱要求[4]。

2.1.2 调制技术调制方式是指信号以何种方式承载信息，它不但决定着通信系统的有效性和可靠性，也影响信号的频谱结构、接收机复杂度，目前UWB 采用的调制技术主要是脉冲位置调制( PPM) 和脉冲幅度调制( PAM) 。

PPM 能去除UWB 频谱的能量尖峰,使功率谱更加平坦,同时还能实现多址。

但规则的单循环脉冲会产生规则分布的能量尖峰,这些能量尖峰会对其它无线系统产生较大的干扰。

对脉冲信号进行位置调制,即改变脉冲信号的准确发射时间,使下一时刻的脉冲信号发射提前或滞后一段时间,能使射频能量更均匀的分布在带宽内,使功率谱更平滑,从而减小对其它系统的干扰。

然而,这种调制对脉冲的位置变动很小,因此对功率谱的平滑作用也较小。

如果用伪随机(PN) 码对脉冲进行调制,可以使信号的频谱类似噪声频谱去除了能量尖峰。

每个用户分配一个PN 码,可以同时实现多址,如果接收机没有PN 码的信息,将无法识别信号,从而加强了信号的保密性。