| 用光导开关的陡峭上升/下降沿获得脉冲信号。由激光脉冲信号激发得到的脉冲宽度可达到皮秒(10-12 s)量级,是最有发展前景的一种方法。(2)电子方法,基本原理是利用晶体管PN结反向加电,在雪崩状态的导通瞬间获得陡峭上升沿,整形后获得极短脉冲,是目前应用最广泛的方案。受晶体管耐压特性的限制,这种方法一般只能产生几十伏到上百伏的脉冲,脉冲的宽度可以达到1ns以下,实际通信中使用一长串的超短脉冲。
3.2 UWB的调制及多址方式
3.2.1 调制方式
UWB的传输功率受传输信号的功率谱密度限制,因而在两个方面影响调制方式的选择:一是对于每比特能量调制需要提供最佳的误码性能;二是调制方案的选择影响了信号功率谱密度的结构,因此有可能把一些额外的限制加在传输功率上。
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。
(1)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:脉冲幅度调制(PAM)、脉冲位置调制(PPM)、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。
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。BPM和OOK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。实际上,我们也可以通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对于基准时间的位置来传递信息,这就是PPM的基本原理。在PPM中,脉冲的极性和幅度都不改变。
PAM、OOK和PPM共同的优点是可以通过非相干检测恢复信息。PAM和PPM还可以通过多个幅度调制或多个位置调制提高信息传输速率。然而,PAM、OOK和PPM都有一个共同的缺点:经过这些方式调制的脉冲信号将出现线谱。线谱不仅会使UWB脉冲系统的信号难以满足一定的频谱要求(例如,FCC关于UWB信号频谱的规定),而且还会降低功率的利用率。
就上述5种调制方式而言,综合考虑可靠性、有效性和多址性能等因素,目前广泛受关注的是后两种调制方式??TH-PPM和TH/DS-BPSK。两者的区别在于当采用匹配滤波器的单用户检测情况下,TH/DS-BPSK的性能要优于TH-PPM。而对TH/DS-BPSK而言,在速率较高时,应优先选择DS-BPSK方式;速率较低时,由于TH-BPSK受远近效应的影响较小,应选择TH-BPSK方式。在采用最小均方误差(MMSE)检测方式的多用户接收机应用情况时,两者差别不大;但在速率较高时,TH/DS-BPSK的性能还是要优于TH-PPM系统。而BPM则可以避免线谱现象,并且是功率效率最高的脉冲调制技术。对于功率谱密度受约束和功率受限的UWB脉冲无线系统,为了获得更好的通信质量或更高的通信容量,BPM是一种比较理想的脉冲调制技术。
(2)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UWB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,多脉冲调制过程可以分两步: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 |