Modulation ✓ 脉冲波形调制 PSM，Pulse Shape Modulation ✓ 多维双正交键控 M-BOK，Multiple Bi-Orthogonal
keying
常用的脉冲调制方式示意
脉冲幅度调制（PAM）
信息调制在脉冲幅度上
当调制信息为 a i ，i0,1,2, ，调制信号为：
既有连续谱线，又有离散谱线
误码率
Pe Q (
Eb ) N0
PPM调制的优点：
信号的正交性容易得到保证，很适合于多址和多进制调制。
PPM调制的缺点： 系统在AWGN信道下的误码率性能不是最好的 符号间干扰（ISI）比较严重 PPM的实现比较复杂
脉冲间隔调制（DPIM）
脉冲间隔调制（DPIM）和PPM类似，都是通过 改变脉冲在时间上的位置来传输信息的。
4-PPM
1
2
0
重复周期1
重复周期2
重复周期3
在N-DPIM中，第m个脉冲与前一脉冲的间隔为am+1，am为待传信息。
4-DPIM 1
2
0
相对于 PPM，DPIM的传输速率更高。
脉冲波形调制（PSM, Pulse Shape
Modulation） 便于相干解调
脉冲形状也可以用于脉冲调制，一般使用正交的不同脉冲来实现调制。
ai,1,ai,20,1 C 1 ( t ) 、C 2 ( t ) 分别为正交脉冲串
不同组的正交脉 冲串可以对应不 同的用户(多址)
Input data: a i , 2 a i ,1
00 01 10 11
L=4 Codes
1,0,0,0 0,0,1,0 -1,0,0,0 0,0,-1,0
L=2 Codes
但是DPIM和PPM又是不同的，PPM改变的是脉 冲在一个周期里的绝对位置来调制信息的，而 DPIM是通过改变相邻脉冲之间的间隔来调制信 息的，也即脉冲周期在DPIM中是变化的。
N-PPM将脉冲重复周期N等分为N个时隙，在每个脉冲重复周期内发 一个脉冲，由待传信息am决定该脉冲在脉冲重复周期的哪个时隙上 发送， am=3，则该脉冲在脉冲重复周期的第3个时隙上发送。 （am∈{0,1,…N-1}）
数据调制技术讨论
现有的脉冲调制技术不止这些。可以组合和创新。
调制技术的好坏主要考察
✓ 调制效率，符号携带的数据比特。M进制调制中，M 越大，则调制效率越高。
✓ 误码率。目前BPSK（或称BPM、2-PAM）的误码率 最低
✓ 实现难易程度。 ✓ BPSK是目前的首选。
对于超宽带还要考察调制信号的功率谱密度是否 容易满足FCC的辐射限制。所使用的调制技术应 尽量消除离散谱。（BPSK可以消除）
扩频调制如果是载波调制，分为相移键控PSK和频 移键控FSK。相移键控对应的扩频即是直接序列扩 频；频移键控对应的即是跳频扩频。
扩频调制如果是脉冲调制，采用脉位调制PPM的即 是跳时扩频，采用二相调制BPM的即是直接序列扩 频。
BPSK直接序列扩频系统： 数据
信道编码
PN码
采用模2加法
数据 信道编码
序列d的一般表达式如下：
dj cjTc aj
极窄脉冲发生器（不考虑脉冲形状）
脉冲发生器在超宽带无线通信系统中占据着极其重要的 地位，是UWB系统中独特的关键部件之一
可以产生纳秒、皮秒级窄脉冲的高速器件有隧道二极管、 阶跃恢复二极管、雪崩晶体管等器件。
✓ 隧道二极管和阶跃恢复二极管所产生的脉冲，上升时间可以达到 几十到几百皮秒，但其幅度较小，一般为几百毫伏的量级。
第二章超宽带实现技术IR-UWB
What is the impulse radio?
Impulse radio——信息调制到脉冲上发送出去， 不是调制载波。
脉冲无线电的系统结构
数 据
差错控 制编码
调制
脉冲发 生器
Impulse radio涉及到的技术
✓脉冲调制技术 ✓极窄脉冲的产生
解调
解码
数 据
a1)2Eb
a2)N0
)
Pe Q (
2Eb ) N0
比OOK有3dB的优势
脉冲位置调制（PPM）
典型的2-PPM：当调制数据为“0”的时候，脉冲位置不 变，脉冲间隔仍然是脉冲周期；当调制数据为“1”的时 候，出现一个偏移。
stp(tkTf bkp) k
功率密度
2
S (f) 2 T 1 fP (f)2 ( 1 c o s ( 2fp ) ) 2 T 1 f 2 k P ( T k f)( 1 c o s ( 2 T k f p ) )(f T k f)
频
率
频
槽
1T 2T 3T 4T 5T 6T
时间
数据
编码
FSK
信道
PN码 频率合成
输出
编码
FSK
信道
频率合成 时同步 PN码
补充内容
关于跳时扩频 使当前发送的脉冲位置根据码序列的变化而变
关于扩频码
扩频码有多种。 扩频码要求随机性好（互相关性低）、易于实现 扩频码越长，系统的保密性越好，系统发射信号
1, 0 0, 1 -1, 0 0, -1
C 1 (t ) C 2 (t) C 1(t) C2 (t)
发射参考调制
每次发两个脉冲，一个参考脉冲，一个信号脉冲， 根据信号脉冲相对参考脉冲的差异确定信号是0 还是1。
发射参考调制的优点是能够使接收机省去信道估 计，其误码率理论上可以和BPM的一样低，但在 多径环境下，参考脉冲和数据脉冲同时受到干扰， 会使判决准确率严重降低
S(t)a is0(t)(1ai)s1(t) p(tkT f) k s0(t)，s1(t) 代表相互正交的不同 脉冲
Pe,PSM Q(
Eb ) N0
PSM的误码率性能逊于BPSK，脉冲形状的改变对PSM的影响很大， 实际应用中要求发射和接受电路的线性要好，实现起来有一定的难度。
M进制双正交键控（M-BOK， Multiple Bi-Orthogonal Keying）
stakp(tkTf ) k
其中， p ( t ) 是基本的脉冲信号；T f 是脉冲周期。
假如发送序列 a i 是独立同分布的随机变量，
则可以推导得到PAM的功率密度函数如下：
功率谱密度函数对 于分析系统的辐射 是否满足FCC的辐 射限制是必要的
S(f)a 2
Tf
2
P(f)2Tfa 2
2
P(k)(fk)
发送编码器 重复编码器 a （跳时扩频） d
PPM 调制器
脉冲形成器
s(t)
dj cjTc aj
s(t) p(tjTscjTcaj) j
式中，TC和 是常量，对所有cj 满足条件 cjTc TS ，且
T c 。其中，TS是比特间隔，或者称为脉冲重复周期
2PPM-TH-UWB系统实现框图
脉冲形成器
PN码
采用乘法
载波
输出
载波
输出
假设采用3比特的码片，在扩频通信中，每个信息比特与 码片模2加（或相乘），然后传送出去。采用码片010传送信 息比特101，三个信息比特就变成了9个连续比特，如下表所 示。
信息比特 扩频码
传送比特（模2加）
101 010 101010101
如果采用脉冲调制，就是一连串的脉冲发送出去，正 极性脉冲代表0，负极性脉冲代表1。
补充：扩频技术
扩频通信技术：有三种方法可以实现扩频通信， 分别是跳频扩频FHSS（frequency hopping spread spectrum)、直接序列扩频DSSS (Directive Sequence)、跳时扩频TH-SS (Timing Hopping)。
数据
信道编码
扩频调制
传输
PN序列 扩频数字通信模型
的功率谱越像白噪声，但系统的有效传输速率随 之降低。DS-UWB方案中采用变长度的扩频码。
跳时扩频的数学模型
a
跳时扩频
d
c
应用整数值伪随机码序列 c(...,c0,c1,..cj,cj 1,...)作用于输入 的二进制序列 a(...,a0,a 1,..aj,aj 1,...) ，产生一个新序列d，
✓ 而雪崩晶体管产生的脉冲，上升时间可以达1~2皮秒，输出脉冲 幅度可以达到几十伏。
现在有提出用FPGA产生一脉冲再与一延时脉冲相“与” 来获得极窄脉冲，可行性？
典型的IR-UWB系统
2PPM-TH-UWB PAM-DS-UWB
2PPM-TH-UWB
2PPM-TH-UWB超宽带系统的发射部分原理如图所示
2.1 脉冲调制方式
脉冲调制方式从携带的信息来看，可以分为
✓ 数据信息调制 ✓ 多址调制
多址信息是用来区分信道或用户的，多址调 制通常与扩频结合在一起。
下面分别介绍在脉冲调制通信中如何实现数据 信息调制和多址调制。
Impulse Radio中的数据信息调制
已有的实现数据信息调制的脉冲调制方式：
补充内容
关于跳频扩频
将可用的信道带宽分为大量邻接的频槽。在每个传号时间内 发送信号占一个或几个频槽。
频槽（载波频率）的选择由扩频序列决定。
调制可以采用二进制或M进制频移键控。
只有匹配的接收机知道扩频序列，能够正确接收信号。
跳频根据时间长短可以分为快跳和慢跳。当跳频速率大于消 息速率时称为快跳；反之，称为慢跳。
✓ 脉冲幅度调制 PAM, Pulse Amplitude Modulation ✓ 开关键控 OOK，On Off Keying ✓ 二进制相位调制 Biphase Modulation ✓ 脉冲位置调制 PPM，Pulse Position Modulation ✓ 数字脉冲间隔调制 DPIM，Digital Pulse Interval