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DSUWB简介

2006/8/7/11:09 来源:矩阵通信技术论坛
    1.1 DS-UWB为何被称为无载波 

    DS—UWB被称为无载波技术有几个原因。首先,其系统带宽等于基础小波或脉冲的带宽。通常,基于载波的系统都采用具有固定带宽的信号,而且通过与载波混频可以将其搬移到任意中心频率上。这种固定带宽的搬移不同于DS-UWB的情形。DS-UWB与冲激UWB密切相关,基础脉冲就是位于射频RF并不需要频谱搬移。其次,其系统带宽并不固定,即带宽并不是与中心频率“载波“无关,而是与中心频率成比例,因此并不是固定带宽的信号做频谱搬移。 

    最后,其带宽与脉冲宽度或小波长度成反比。DS-UWB技术指标中的基础脉冲或小波的长度总是三周期,其结果是带宽随中心频率的增大而增大。如以4GHz为中心的DS-UWB射频带宽为2GHz,而以8GHz为中心的DS-UWB射频带宽为4GHz,因为当中心频率加倍,小波长度减半,所以带宽也随之变化。小波长度减半是因为射频周期减半。选择三周期长的脉冲是为了产生3.1GHz~4.9GHz带宽,射频周期数再少则生成发射带宽就会太宽,射频周期数再多则发射带宽就会太窄。三个射频周期恰好实现DS—UWB的双频带的规划。 

    虽然也可以将系统所使用的小波改成其它不同的周期数,但是将码片速率与射频中心频率之间保持整数倍的关系是有好处的。码片速率与射频中心频率之间的整数关系使得所有脉冲都完全一样,就像脉冲是用经典的脉冲成形网络产生的一样。整数关系的另一个优点是每个脉冲的积分都为零,即没有直流分量。当不是整数关系时,一些脉冲有正分量,一些脉冲有负的分量。在窄带系统中,这点并不明显,因为直流偏置相对于主要脉冲能量较小的缘故。窄带系统在任何调制状态变化之间都有很多射频周期,因此通常忽略直流DC项。即便是在最坏的情况下,窄带系统在其众多射频周期中也只1/2个周期会受到影响。例如,500个周期中的1/2个周期再加上缓慢的上升和下降沿其所占的比重远小于-30dB,一般可以忽略。但是对于DS-UWB而言,脉冲如此短以至于DC偏置的影响非常明显。例如,一个 周期信号积分所得DC分量比3周期脉冲全部的能量低8dB。除了DC分量,这些半周期或分数周期瞬态过程也导致了频谱扩展噪声,会屏蔽有用信号。整数关系强制BPSK调制仅在过零点处进行,从而将频谱扩展最小化。 

    整数关系也有利于简化用于信号捕获和跟踪的硬件。保持整数关系甚至可以不使用中心频率“载波”来对信号进行相干解码,就象非相干的方式一样,只需要码片速率。在典型CDMA系统中,码片速率和符号速率均与射频中心频率无关。然而,DS-UWB固有的无载波特性,使得构建DS-UWB系统的非常简单。在通常的CDMA系统中,必须使用多个跟踪环来锁定输入信号:一个环用于锁定载波。一旦载波被锁定,另一个环就将锁定码片速率。因为DS-UWB是无载波的,就不需要载波跟踪环。而只需要锁定某一时钟,即码片速率或符号速率。其主要原理是因为所有时钟都相关的,知道一个就知道所有的时钟了。 

    最后还有一个优点:捕获和跟踪电路可以工作在频率相对较低的码片速率或符号速率上,而不是在射频上,因为它们是相关的。例如早期的DS-UWB概念验证系统,就是使用硬件实现的模拟编码处理器来分析来自于天线的射频信号,而这个处理器的输出是脉冲重复频率为符号速率的冲激脉冲串。这种情形下,DS-UWB只需要锁定符号速率时钟即可。跟踪符号速率也是有其优点的,因为符号信噪比远大于码片的信噪比。 

    DS-UWB不仅具备非相干接收机的低复杂性的优点,同时,它是还是全相干的。 

    需要注意的关键是图3、图4的不同之处,图3中最后一个用4.104GHz信号去产生小波的混频器,是一个简单的、被码片速率时钟所触发的脉冲生成器,如图4所示。这个脉冲生成器的细节示于图4的下部。图4中不需要4.104GHz时钟,很容易看出这的确是无载波。图4明脉冲形成的网络类似于图3,因为它们都产生以码片速率为间隔的一系列相同小波。还值得注意的是图4中容许脉冲生成器的中心频率有少许偏差,即并不是精确的码片速率的三倍。在码片速率时钟周期的短时间上的相关损失是很小的,即使中心频率偏差很大。这个损失不明显是因为每个脉冲的第一个周期,根据定义总是与码片速率时钟进行精确重新对齐。早期设计就是基于这种实现,这也是人们认为DS-UWB是无载波的另一个原因。在码片速率和中心频率之间的精确的三倍关系使得射频波形的产生,既可以采用经典的图4脉冲生成器的方法,也可以采用图3的乘以码片速率时钟的方法。 

    图3中的X3方框将码片速率时钟乘以3得到4.104GHz中心频率,它是一个易于实现的小电路。与其他方框一起形成了脉冲形成网络的脉冲生成器的替代品。图3的结构采用某些技术实现起来较小,在码片速率和中心频率之间保持整数倍的关系,即可生成整齐的、零直流分量的而且均为相等的小波,就如同采用脉冲生成器的方法一样。 

    图3和图4都显示了生成波形的图,图中第一个波形是BPSK调制在3周期边界处的理想的片内波形,即调制转换发生在过零点的瞬间。第二个是其通过片外滤波器后的波形。由前一个波形可明显看出,片内波形与正弦波有着同样的3dB峰均比。图5示出了滤波器前后的频谱。滤波器滤掉了高频分量,有效地扩展和平滑了过零点处的瞬时相位过渡。

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