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1、湖南工学院毕业设计(论文)开题报告 题目UWB通信系统的TH-PPM信号产生与接收研究 学生姓名徐飞班级学号电子1002班10401140244专业电子信息工程1、研究目的与意义 近年来伴随着社会的不断发展与进步，无线通信技术已深深的影响了我们的日常生活，随着消费者对更高容量，更快速以及更安全的无线连接需求的增长，我们不得不在有限的频谱上寻求新的技术以满足这种需求。超宽带（UWB）技术的诞生无疑为我们找到了一个解决问题的新途径，超宽带（UWB）通信是近年来兴起的一种新型无线通信技术，具有功耗低、传输速率高、抗干扰能力强等特点，因此成为新一代短距离高速率无线通信的最佳候选技术。超宽带系统的调制方
2、式根据本身携带的信息可分为数据信息调制和多址调制。数据信息调制方式有脉冲幅度调制（PAM）、脉冲位置调试（PPM）、脉冲形状调制（PSM）等或者是几种调制方式的混合。多址调制分为跳时（TH）和直扩（DS），多用户系统中的UWB的调制方式是多址调至和信息调制的结合。PPM是UWB系统常用的两种调制方式。2、国内外研究概况综述(1) 超宽带技术发展历史超宽带技术的历史渊源，最早可追溯到1895年马可尼在意大利用感应线圈和顶负荷天线实现了1.5英里(1.609公里)的火花放电式莫尔斯电报试验，该试验系统符合超宽带无线电这个词的含义;1945年，Conrad H. Hoeppner提出的有关脉冲通信技
3、术的专利申请获得批准;60年代中后期，美国斯伯利电子研究中心的Gerald Ross博士和Henning Harmuth为脉冲通信技术的发展做出了很大的贡献，他们研究了脉冲传输系统的主要部件和脉冲收发信机的设计，主要集中在脉冲的产生和检测技;1978年，Ross G F博士以“时域电磁学及应用”为标题对脉冲超宽带技术作了比较全面的论述，内容涉及了超宽号的产生和处理技术、时域特征分析技术、天线技术以及在雷达上的应用等从80年代开始，时域电磁学的研究成果开始被应用于无线通信，特别是在密径环境下的短程通信。现代超宽带通信的应用开始于1993年美国南加州大学Scholtz教授提出的超宽带多址通信概念。
4、90年代初，超宽带技术引到了美国军密切关注，开始斥巨资资助超宽带技术的研究。主要研究军用电台和无线组目标是建立保密性好的通信/定位一体化的移动网络。(2) 超宽带技术的研究现状由于超宽带通信的发射功率受限，进而限制了其传输距离（传输距离一般在10m以内），顾而在民用领域，超宽带无线通信的研究主要集中在短距离的高速连接和高速无线个域网方面。但是超宽带通信仍然面临很多挑战，包括：接受极短脉冲时， 关系对同步误差非常敏感；如何有效地利用室内通信存在的大量多径是一个关键问题；解析多址接入协议时对复杂度的控制，要求复杂度低；(3) 超宽带无线通信的优点抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的
5、处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与IEEE802.11a、IEEE802.11b和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。消耗电能小：通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需
6、要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。保密性好：UWB保密性表现在两方面。一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。发送功率非常小：UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。3、研究内容UWB通信系统不同于传统的无线通信系统，它采用直接发射和接收纳秒级脉冲（远远小于传统通信系统中的信号宽度）的方式传送信号，同时信号功率谱密度极低，甚至低于环境噪声电平，因此在无线信道、发射、接收、调
7、制、解调、同步、捕获等多个方面，理论上需要采用新的分析方法，应用中需要采用新的手段和技术，面临着一系列的挑战。1、适合于UWB通信技术的发射技术（1）UWB信号的选取与产生 UWB信号的波形设计与选取与频谱密度的包络所占据的频段、峰值功率与平均功率的比值有关，而且还要考虑到开关的速度、脉冲形成的可靠控制等实际问题。UWB发射机需要精确的脉冲形成控制，以产生所需要的频谱，最大限度地提高天线的发射功率。（2）信息调制技术 目前比较成熟的有跳时-脉冲位置调制（TH-PPM,又称为时间调制）、跳时-二进制相移键控（TH-BPSK）和直扩-二进制相移键控（DS-BPSK）等多种调制方式，同时，也可以针对
8、不同的实际要求、适应UWB通信技术的特点开发出具有高数据传输率、较高可靠性或者具有较好保密性的信息调制方法。（3）信道编码 当UWB系统覆盖已分配的现有频段时，需要更进一步地平滑信号频谱以减少对现有通信系统所造成的影响，同时为实现通信系统的多址，必须对信息调制后的UWB脉冲进行信道编码。（4）全移动的UWB通信需要较好的功率控制。2、适合于UWB通信技术的接收机（1）高灵敏度的瞬时信号能量捕获技术大多数传统的接收机只能用于接收机脉冲宽度大得多的脉冲或连续波，而纳秒级和亚纳秒级的UWB信号需要专门的脉冲接收机，同时还要能够从具有噪声级的功率谱密度的信号中获取足够的能量（比如采用类似RAKE接收机
9、的技术）。（2）干扰噪声抑制技术。由于UWB信号的宽带宽，存在于带内的干扰（来自于窄带通信系统）和噪声已不能由传统地使用滤波器来有效“剔除”而必须使用新的干扰噪声抑制技术。（3）同步技术。纳秒级和亚纳秒级的UWB信号对接收机的同步精确性提出了较高的要求，而且随着数据传输速率的提高，对同步速率的要求也越来越高。4、研究方案 本课题研究方案如下：第一部分：首先收集研究资料，了解超宽带无线通信技术的发展历史和当今国内外的研究现状，知道超宽带无线通信技术的特点以及应用，概述超宽带无线通信的概念，从而对这个课题有一个整体的认识，为下一步的原理分析，程序设计打下基础。再从所学的理论上对THPPM信号产生与
10、接收处理进行系统原理分析，然后画出各部内容的框图，为以后整体的程序设计定下总的框架。最后介绍超宽带无线通信的标准化问题。第二部分：初步理解超宽带通信系统工作原理，脉冲形式，常用的信号调制技术。研究：1）超宽带通信系统的信道模型，主要是IEEE802.15.3a信道模型。2）超宽带通信系统Rake接收技术，研究超宽带系统中多径信道下的Rake接收机的性能。3）最小均方误差（MMSE）线性多用户检测接收机，首先介绍MMSE介绍机的原理，分析MMSE接收机的性能，研究单用户系统中MMSE线性多用户检测接收机收集多径能量，抵抗多径干扰抑制能力。最后熟悉整理UWB通信系统的TH-PPM信号产生与接收的整
11、体资料，对该课题进行整体分析和认识，选择适合该课题的最佳方案。第三部分：准备使用matlab软件进行软件编程调试，实现整体方案设计的仿真，最后对系统进行反复调试。在进行后期完善设计时必须巩固与通信原理相关的理论知识以及查阅相关的资料与文献，将理论知识与软件编程部分结合起来以达到最佳仿真的效果，通过仿真验证整个设计的正确性，以达到熟练掌握matlab的程度，逐步从简单到复杂，直至有结论为止。5、研究计划 根据所选课题，研究计划如下： 第4周：毕业实习和开题准备。其中开题准备包括文献检索、理论重点记录、文献综述(至少3篇英文参考文献)和一篇相关英文论文翻译。 第5-6周：开题报告和PPT。在开题准
12、备后，进行开题报告书写。开题报告内容：研究目的与意义、国内外研究概况综述、研究内容、研究方案、研究计划和参考文献。其中PPT还要包括本课题的思路。这一阶段完成上述所有任务，并上交英文论文翻译和开题报告及PPT。 此后，每两周为一个阶段。 第7-8周：完成课题相关框图设计，并熟悉相关的工具， 第9-10周：根据总体方案设计仿真程序。 第11-12周：对课题完成过程中涉及的图形进行完善和代码进行调试，为论文写作做好铺垫。 第13-16周：对前期的工作进行汇总，并进行论文写作。 第17周：论文答辩。6、 参考文献1Jeffrey H.Reed. An Introduction to Ultra Wi
13、deband Communication SystemsC, Prentice Hall,20052Guerino Giancola. Maria-Gabriella Di Benedetto. 葛利嘉等译，超宽带无线电基础M，北京：电子工业出版社，20053Farsertu JUWB for short range low data rate PANsAWireless Data Conference，2002 4R.A Scholtz, Multiple access with time-hopping impulse modulationJ. Invited paper, In Proc
14、. IEEE MILCOM,1993:447 450.5Domenico Porcino ,Walter Hirt, Ultra-wideband radio technology potential and challenges AheadJ, IEEE Communications Magazine, 2003.7, pp.66-746M oe Z Win and Robert A ScholtzComparison of analog and digital impulse radio for wireless multiple access communica-tionsAIEEE I
15、nternational Conference on Communications， M0NTREAL，CANADA，June 19977Robert A ScholtzMultiple access with time hopping impulse ModulationJProcMilitary Communications Conference,Boston，MA，19938M.Z. Win and R.A. Scholtz, Ultra-Wide bandwidth signal propagation for outdoor wireless communicationC. IEEE
16、 VTC Conference, Phoenix Arizona, 1997, pp.251-2559M.Z. Win and R.A. Scholtz, Ultra-Wide bandwidth signal propagation for outdoor wireless communicationC. IEEE VTC Conference, Phoenix Arizona, 1997, pp.56-6010葛利嘉，曾凡鑫，刘郁林。超宽带无线通信M，国防工业出版社，北京，2005年第1版。11Vincenzo Lottici, Aldo DAndrea, Umberto Memberto Mengali. Channel Estimation for Ultra-Wideband CommunicationsJ, IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS IN COMMUNICATIONS, DECEMBER 2002, 20(9), pp.1638-1645指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日
