《通信原理》课程设计报告题目：超宽带脉冲信号产生仿真专业：电子信息工程班级：二班姓名：赵晓金学号： 1304030208湖南科技大学信息与电气工程学院课程设计任务书一、课程设计的目的。

1．巩固所学的专业技术知识；2．熟悉SystemView仿真环境并能在其环境下了解并掌握通信系统的一般设计方法，具备初步的独立设计能力；3．提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力；4．更好地将理论与实践相结合。

二、原理介绍及设计方案的论证。

2.1 UWB基本原理。

超宽带信号通常是利用绝对带宽或分数带宽( FBW)定义的。

其中FBW=Blfc 为发射信号的载波或中心频率。

2002年FCC向民用领域开放B为绝对带宽，fcUWB，重新定义UWB为满足-lOdB分数带宽不小于200%，或-lOdB绝对带宽不大于500MHz的信号，通信系统可用频段为3.1-10.6GHz。

UWB实质上是以占空比很低（低达0.5%）的冲激脉冲作为信息载体的无载波扩谱技术。

它通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制。

典型的UWB直接发射冲激脉冲串，不再有传统的中频和射频的概念，此时发射的信号可看成基带信号，也可看成射频信号。

冲激脉冲通常采用单周期高斯脉冲，一个信息比特可映射为数百个这样的脉冲。

UWB技术是一种低功耗、高带宽且相对简单的无线通信技术，具有传输速度快、系统复杂度低、发射信号功率谱密度低、对信道衰落不敏感、低截获能力、定位精度高等优点。

同时能够以极高的精度确定物体及人的位置，UWB更适用于室内等密集多径场所的高速无线接人和军事通信中。

2.2 总体设计方案图1所示为基于CDMA的UWB系统的基本组成框图。

在发送端，时钟发生器产生一定重复周期的脉冲序列，用户要传输的信息和表示该用户地址的伪随机码分别或合成后对上述周期脉冲序列进行一定方式的调制，调制后的脉冲序列驱动冲激脉冲产生电路，形成一定脉冲形状和规律的脉冲序列，然后放大到所需功率，再耦合到超宽带天线发射出去。

在接收端，超宽带天线接收的信号，经低噪声放大器放大后，送到相关器的一个输入端，相关器的另一个输入端，加入一个本地产生的与发端同步的经用户伪随机码调制的脉冲序列，接收端信号与本地同步的伪随机码调制的脉冲序列一起经过相关器中的相乘、积分和取样保持运算，产生一个对用户地址信息经过分离的信号，其中仅含用户传输信息以及其他干扰。

然后对该信号进行解调运算，即根据发端的调制方式对每个脉冲进行判决，恢复出所传输的信息。

2.3 UWB的关键技术2.3.1脉冲信号的产生UWB脉冲的宽度一般为0.2～1.5ns，重复周期为25ns～lms。

从本质上讲，产生脉冲宽度为纳秒级的信号源是UWB技术的前提条件，单个无载波窄脉冲信号有两个特点：一是激励信号的波形为具有陡峭前后沿的单个短脉冲，二是激励信号包括从直流到微波的很宽的频谱。

实际通信中使用一长串的超短脉冲，通常为单周期高斯脉冲，其时域和频域波形如图2所示。

2.3.2 UWB的调制在UWB中，信息是调制在脉冲上传递的，既可以用单个脉冲传递不同的信息，也可以使用多个脉冲传递相同的信息。

一、单脉冲调制对于单个脉冲，脉冲的幅度、位置和极性变化都可以用于传递信息。

适用于UWB的主要单脉冲调制技术包括：脉冲位置调制( PPM)、脉冲幅度调制( PAM)、通断键控(OOK)、二相调制( BPM)和跳时／直扩二进制相移键控调制TH/DS-BPSK 等。

PPM是用每个脉冲出现位置超前或落后于标准时刻一个特定的时间来表示一个特定的信息，在PPM调制方式中，脉冲的极性和幅度都不改变。

PAM是通过改变脉冲幅度的大小来传递信息的一种脉冲调制技术。

PAM既可以改变脉冲幅度的极性，也可以仅改变脉冲幅度的绝对值大小。

通常所讲的PAM只改变脉冲幅度的绝对值。

OOK和BPM是PAM的两种简化形式。

BPM通过改变脉冲的正负极性来调制二元信息，所有脉冲幅度的绝对值相同。

OOK通过脉冲的有无来传递信息。

在PAM、BPM和OOK调制中，发射脉冲的时间间隔是固定不变的。

二、多脉冲调制实际上，为了降低单个脉冲的幅度或提高抗干扰性能，在超宽带脉冲无线系统中，往往采用多个脉冲传递相同的信息，这就是多脉冲调制的基本思想。

当采用多脉冲调制时，把传输相同信息的多个脉冲称为一组脉冲，那么，多脉冲调制过程可分两步：第一步为每组脉冲内部单个脉冲的调制，第二步为每组脉冲作为整体被调制。

在第一步中，每组脉冲内部的单个脉冲通常采用PPM或BPM调制；在第二步中，每组脉冲作为整体通常可以采用PAM、PPM或BPM调制。

一般把第一步称为扩谱，而第二步称为信息调制。

因而在第一步中，把PPM称为跳时扩谱( TH-SS)，即每组脉冲内部的每一个脉冲具有相同的幅度和极性，但具有不同的时间位置；把BPM称为直接序列扩谱(DS-SS)，即每组脉冲内部的每一个脉冲具有固定的时间间隔和相同的幅度，但具有不同的极性。

在第二步中，根据需要传输的信息比特，PAM同时改变每组脉冲的幅度，PPM同时调节每组脉冲的时间位置，BPM同时改变每组脉冲的极性。

这样，把第一步和第二步组合起来不难得到以下多脉冲调制技术：TH-SSPPM、DS-SS PPM、TH-SS PAM、DS-SS PAM、TH-SSBPM和DS-SS BPM等。

三、各具体模块实现及调试过程。

利用SyetemView软件产生基于脉冲位置调制的UWB脉冲信号，其系统结构见图3，主要由调制系统（图符0）和滤波器系统（图符18）组成。

图3 UWB脉冲信号产生系统3.1调制系统PPM调制器时钟是40MHz的方波，上升沿持续时间为25xlO_9s。

调制器输出一个超短脉冲，持续时间仅为0.25xlO_9s，这个脉冲在40MHz时钟上升沿过后形成。

调制器输入的模拟信号幅度为-4.OV到+4.OV。

当输入为-4.OV时，输出脉冲在40MHz时钟上升沿过后约0.5×10-9s生成；当输入为+4.OV时，输出脉冲在40MHz 时钟上升沿过后约12xlO_9s生成；当输入为OV时，单周期脉冲约在发射机时钟周期的1/4处生成。

PPM使用快速变化的二进制比特流调制射频载波信号，这种二进制比特流按照特定的算法，由数字电路产生，称为伪随机码。

在伪随机码的调制下，载波的相位在00-1800之间跳跃变化，被调制后的载波又和有效信息进行混合，驱动超短脉冲产生电路，形成一定脉冲形状和规律的UWB脉冲信号。

调制系统如图4所示。

用户要传输的信息被量化成8级，双极性的PN序列。

该序列和小幅度抖动信号相混合后被看作是用户要传输的信息和表示用户地址的伪随机码。

调制器的40MHz时钟触发积分转储电路（图符3）生成0～-8.6V 的40MHz锯齿波信号，锯齿波的上升沿有一定的振荡。

用户信息和伪随机码与锯齿波加在一起作为模拟比较器（图符4）的确定输入信号，比较器的随机输入信号是-4.3V的常数。

比较器完成了用户信息和伪随机码对40MHz时钟的PPM，输出信号含有位置信息，并送往数字微分电路，数字微分电路由两个非门（图符7和8）、一个延时器(图符5)和一个与门（图符6）构成。

因为比较器的输出脉冲很陡，所以数字微分电路输出一个单极性的很陡的窄脉冲。

图4 调制系统3.2 滤波器系统滤波器系统如图5所示。

滤波器是一种抑制噪声的滤波器，与门输出的单极性O～+10V的脉冲串通过二分180°分路器（图符19）把脉冲串分成两路，每一路有一个4.OGHz的LC低通滤波器，底端的一路有7lxl0-12s的延时。

输出端利用二分0度合路器（图符26）将上、下两路信号合并，合路器有3.5dB的损耗。

合并后的信号通过一个7极、3.4GHz的LC高通滤波器（图符25）后作为发射机的输出信号。

其中每个LC滤波器有2的额外增益以补偿本身50Ω输入／输出阻抗引起的1/2的内在损耗。

图5 滤波器系统四、结果分析及比较。

在利用SystemView软件进行产生时，初始条件设置为：起始时间：Os，采样率：65.536e+9 Hz，采样点数：16 384，系统循环次数：1，模拟的谱分析仪有50Ω的输入电阻。

图6上为UWB脉冲信号，下为其功率谱。

由图6可以看出，UWB脉冲信号的宽度约为0.8ns、重复周期约为30ns，符合系统的指标要求。

用户要传输的信息和表示该用户地址的伪随机码的波形如下：时钟发生器产生一定重复周期的脉冲序列如下：UWB脉冲信号及其功率谱如下：图6 UWB脉冲信号及其功率谱五、总结及体会。

本次对UWB超宽带脉冲信号产生仿真的课程设计，使我对超宽带无线通信技术（UWB，Ultra Wide Band）有了基本的认识。

超宽带技术是一种新型的无线通信技术。

它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。

它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，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。

其次，通过本次课程设计，我对SystemView软件有了一个系统直观的认识，对其操作过程有了一定的了解和掌握。

刚开始我对这个软件一无所知，通过阅读老师给的软件教程、在网上查阅了相关资料，逐渐了解软件的操作方法。

然后再按照教程上给的例子，自己使用软件进行模仿，熟悉了软件的操作方法及各模块的作用，最后完成了自己的设计题目。

在刚开始的时候，原理图的问题、参数的问题、波形调整的问题接连不断，但最终也通过在网上查阅资料解决了这些问题，提高了自身独立、主动学习的能力以及动手实践的能力。

总之，本次的课程设计不仅让我熟悉了System View 软件的操作，同时也学习了UWB超宽带脉冲信号产生仿真。

虽然时间比较短，但是充实、获益良多，也锻炼了自己自主学习的能力，同时也很感谢同学与老师在此期间的帮助。

六、参考文献参考书目：[1]樊昌信，曹丽娜，《通信原理》（第6版），国防工业出版社，北京，2006.[2]青松，程岱松，武建华，《数字通信系统的systemview仿真与分析》，北京航空航天出版社，北京，2001.6.[3]罗卫兵，孙桦，张捷，《Systemview动态系统分析及通信系统仿真设计》，西安电子科学技术出版社，先，2001；129-199。