张霞
广东深圳518000
摘要：本文主要是结合超宽带UWB系统对脉冲波形要求，对高斯脉冲和导函数脉冲的波形、频谱、峰值频率等各特性进行分析，讨论了影响脉冲波形和谱形状以及谱密度的因素，从频谱利用率和误码率性能方面说明了高斯导函数脉冲可以作为UWB脉冲信号。最后分析结果表明可通过仔细选择和阶数k来设计脉冲函数，对超宽带通信中波形的选择有指导意义。
关键词：UWB；高斯函数；功率谱密度；脉冲；误码率
Abstract：Thispapercombinesrequirementsofultra-widebandUWBsystemonthepulseandguidesGaussianwavepulsefunction，spectrum，peakfrequencycharacteristicsanalysis，discussedtheimpactofpulseshapeandspectrumshapeandspectraldensity.Fromthespectrumutilizationrateandbiterrorrateperformance，concludestheGaussianderivativefunctionthatcanbeusedasUWBpulsesignal.Finally，theresultsoftheanalysisshowthatthroughcarefulselectionchooseandorderkaspulsesofultra-widebandcommunicationsinthechoiceofwaveformguidance.
Keywords：UWBGaussianfunctionPowerSpectralDensityPulseBitErrorRate
1、引言
超宽带UWB无线通信系统发送出大量的非常短、非常快的能量脉冲。2002年FCC（美国联邦通信委员会）允许使用频段3.1GHz~10.6GHz进行通信，与之相对应的发射功率谱密度必须在-41.25dBmW/MHz以下。FCC对超宽带UWB的功率谱指标提出了要求，限制其发射功率及功率谱形状，那么设计满足频谱模板的UWB脉冲极其重要。
典型的UWB脉冲波形采用高斯单周期（GaussianMonocycle）脉冲，已有很多与UWB通信有关的文献中对该脉冲的性能进行了分析。文献[1]提出了一种选择最佳脉冲微分阶数和最佳脉冲形成因子，使它能逼近3.1～10.6GHz范围内的辐射掩蔽的算法，但对高斯脉冲的某阶导数只能产生一个脉冲。文献[2]借鉴扁长球体波函数的设计思想，得到了一种具有正交特性的脉冲波形。这种算法虽然能设计出满足频谱规划的脉冲，但只能给出脉冲的数值解，而且采样率太高（64GHz），难以实现。文献[3]通过对厄尔密特多项式函数的改进，得到了一种改进的厄尔密特脉冲。这些脉冲都可以被UWB通信系统使用。本文是通过对高斯函数和其导函数进行分析，探讨最优UWB脉冲波形，使它能在全频段逼近辐射掩蔽标准。
2、UWB系统对脉冲波形的要求
图41到15阶高斯导函数脉冲的归一化功率谱密度
通过合理选择高斯导数的阶数k和α，一个单独的高斯脉冲的导数是可以遵守辐射掩蔽的，但是任何一个单独的高斯脉冲导数却不能充分地利用辐射掩蔽允许的带宽。因此在[5]中把1阶到15阶的高斯脉冲导数线性组合在一起来形成一个复合的高斯导函数脉冲，这样可以有更大的灵活性和更高的频谱利用效率。其中不同阶的高斯导函数的α可以不同。对于不同
5、结语
由FCC制定的UWB信号功率限制促使人们去研究更优的UWB脉冲波形，使其既能够满足FCC的辐射遮蔽，又能充分利用允许的频带范围，最大限度地提高UWB通信系统的性能。综合以上分析能够得到：改变形成因子α可控制高斯脉冲的带宽，使它可满足UWB系统对传输信号带宽不同的要求；增加高斯脉冲导函数阶数k可提高高斯脉冲峰值频率，其能量谱密度也随着向频率高端移动。由于FCC对UWB室内辐射极限部分频率段功率谱密度限制较低，而高斯脉冲具有上述特性，可使用不同导函数和不同脉冲宽度组合去逼近这个标准，由此可使传送信号的频谱利用率尽可能提高。
尽管它还存在着相对带宽较大，低频分量太多，对窄带系统存在干扰的缺点，但可以用高斯导函数脉冲去掉直流分量，而且高斯脉冲的发生电路具有实现容易、费用小、对信道衰落不敏感等优点，所以高斯导函数脉冲是一种较理想的UWB信号形式。
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本文作者创新点：通过研究得到可通过仔细选择和阶数k来设计满足频谱模板的UWB脉冲。从频谱利用率和误码率性能方面分析高斯导函数脉冲是最佳的UWB信号。
作者简介：
张霞，1984－08，湖北省黄冈市，421102198408128221，毕业于辽宁工程技术大学，通信与信息系统专业，硕士研究生毕业，从事于通信监理工作。