UWB收发系统关键组件的研究

论文摘要

超宽带(UWB)通信系统由于利用极窄脉冲传输信息，因而具有很多优于传统窄带系统的特性，例如数据传输率高、抗多径能力强、功耗低、保密性好、结构简单、成本低、与其他电子通信系统兼容性好等，UWB技术也是解决目前频带拥挤这一瓶颈问题的有效途径之一。因此，UWB技术对于室内无线通信、雷达和射频识别(RFID)等应用有着广阔的前景和巨大的市场。美国联邦通讯委员会(FCC)于2002年2月批准将UWB技术用于民用通信，该规定引起了学术界和工业界关于UWB系统的广泛研究。本文主要负责UWB收发系统中部分组件的研究。其中包括用于发射端的脉冲发生器、二进制移项键控(BPSK)调制器和用于接收端的微波采样器。本文首先设计并制作了两种类型的高斯脉冲发生器，一种是采用外加偏置型，另一种是自偏型。并对这两种脉冲发生器产生的时域和频域波形进行了测试，与仿真结果进行了比较，仿真结果与测试结果达到了较好的吻合。在完成了该高斯脉冲发生器的基础上，本文研制了满足FCC要求的五阶高斯脉冲发生器。其次，本文利用高斯脉冲发生器产生的正负高斯脉冲研制成了BPSK调制器。该调制器利用GPS的C／A码作为数据信息，通过产生的正负脉冲形式来传递数据信息“1”和“0”。本文还对用于接收系统的微波采样器进行了研究。该采样器基于数字采样示波器的基本工作原理：连续等效时间采样法。它将五阶高斯脉冲发生器产生的脉冲作为射频输入信号，利用正负高斯脉冲来控制肖特基二极管的开和关，从而将极窄脉冲采样到低频段。最后通过一个低通滤波器使输出波形变得更平滑。测试表明，本课题研制的脉冲发生器和BPSK调制器均满足要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 UWB技术的演进与现状
• 1.2 UWB脉冲通信特点及应用
• 1.3 课题的应用前景
• 1.4 论文主要内容和结构安排
• 第二章 超宽带系统概述
• 2.1 超宽带通信基本原理
• 2.1.1 UWB通信方案分类
• 2.1.2 无载波调制 UWB收发系统
• 2.2 UWB系统频谱要求
• 2.3 脉冲信号波形类型
• 2.3.1 减幅正弦波
• 2.3.2 高斯脉冲
• 2.3.3 正交修正 Heimite脉冲（MHP）
• 第三章 脉冲发生器
• 3.1 UWB高斯脉冲发生器
• 3.1.1 阶跃恢复二极管工作原理
• 3.1.2 外加偏置型脉冲发生器
• 3.1.2.1 电路设计
• 3.1.2.2 仿真结果
• 3.1.2.3 测试结果
• 3.1.3 自偏型高斯脉冲发生器
• 3.1.3.1 电路设计
• 3.1.3.2 仿真结果
• 3.1.3.3 测试结果
• 3.2 五阶高斯脉冲发生器
• 3.2.1 设计原理
• 3.2.2 脉冲成形网络
• 3.2.3 五阶高斯脉冲发生器设计及仿真
• 3.2.4 测试结果
• 3.3 负高斯脉冲发生器
• 第四章 BPSK调制器
• 4.1 无载波 UWB系统常用的调制技术
• 4.1.1 单用户情况
• 4.1.2 多用户情况
• 4.1.2.1 脉冲幅度调制（PAM）
• 4.1.2.2 跳时脉位调制 TH—PPM（Time hopping-PPM）
• 4.1.2.3 M状态 Walsh码调制
• 4.1.2.4 跳时 BPSK调制: TH—BPSK
• 4.1.2.5 直接序列扩频 BPSK调制: DS-BPSK（Direct Sequence-BPSK）
• 4.2 BPSK调制技术
• 4.2.1 设计原理
• 4.2.2 测试结果
• 4.2.3 用于 GPS的 BPSK调制器
• 第五章 UWB采样器
• 5.1 UWB相关器简介
• 5.1.1 相关器和非相关器
• 5.1.2 等效时间采样法
• 5.1.2.1 连续等效时间采样法
• 5.1.2.2 随机等效时间采样法
• 5.2 微波采样器
• 5.2.1 电路理论
• 5.2.2 仿真结果
• 第六章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果