数字调制通信系统实验【基于DM调制的Chirp超宽带通信系统性能研究】

　　摘 要： 基于线性调频脉冲（Chirp）信号良好的自相关性以及匹配滤波后尖锐的时域特性，将线性调频脉冲扩频技术用于高速的超宽带无线通信，设计Chirp-DM调制的超宽带通信系统。DM方式传输速率较快，而且误码率较低，但是实现复杂。首先对DM调制方式给出理论分析，然后再进行性能仿真。
　　关键词： 超宽带；Chirp DM；调制
　　中图分类号：TN925 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0720060-01
　　超宽带（ultrawideband即UWB）技术是一种新型的无线通信技术，通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有了GHz量级的带宽，我们称之为超宽带，采用满足超宽带定义的Chirp信号进行通信的方式称为Chirp超宽带。
　　1 Chirp信号特性分析
　　1）Chirp信号的时域表达式：
　　
　　2） 为Chirp信号的线性调频斜率（单位Hz/s），在一个脉冲宽度内，瞬时频率与时间呈线性关系。图1为信号包络为1，线性调频斜率也为1的仿真图。
　　2 DM调制分析
　　DM调制中调制模块与扩频模块分开。Chirp信号只起到扩频作用，不能用来表达输入符号，调制模块可以采用多种调制方式。
　　直接调制（DM）是用一路Chirp信号来表达输入符号，调制与扩频分开的，基带调制可以采用不同的调制方式。信号从调制模块出来被乘以Chirp信号进行扩频，信号在时域与频域均被扩展，然后调至射频发射。在接收端首先用匹配滤波器进行解扩，然后在解调模块进行解调，最后取样判决恢复原始数据。
　　假设调制模块采用DQPSK调制方式，虽然误码率性能会有所恶化，但是可以简化接收机的设计。
　　基带模块出来的信号为：
　　
　　3） 是匹配滤波器的冲激响应， 是Chirp信号经过其所对应的匹配滤波器后输出信号， 为加性高斯白噪声。
　　可以看出，在每个符号周期内，当 时，匹配滤波器的输出达到最大，这也是最佳抽样时间。此时Chirp信号的扩频解扩只带来增益，且增益达到最大值。由上节的分析可知，Chirp信号在这里增加了扩频增益，起到扩频作用。所以在相同信噪比的情况下，其误码率与调制模块采用的调制方式的误码率是一样的。误码率 表达式与（3-1-21）一样，只是系数不同：
　　
　　5） 是每比特信噪比。
　　3 性能仿真
　　假设DM调制模块采用DQPSK调制方式。由图3可以知道，在高斯白信道下DM调制的理论值与仿真值相一致，但是其性能优于采用相干解调的BOK理论值。如果DM调制采用交叠技术和高阶调制会进一步提高系统的传输速率和调制效率，但是这样也会增加系统的复杂度。如果要求低复杂的系统，可以选择BOK调制；如果传输速率较快，可以选择DM调制。
　　4 结论
　　本文在分析Chirp信号特性基础上，提出了一种基于DM调制的Chirp超宽带无线通信系统设计方案，进行了详细的理论推导，并在AWGN信道下进行了仿真，得出DM调制传输速率较快而且误码率性能好的结论。
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