韓夢雪

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司， 山西 太原 030024）

引言

近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，極大推動了無線傳輸技術(shù)的進步，總的歸結(jié)為傳輸速度越來越快、傳輸?shù)陌踩砸苍絹碓礁?。目前，較為廣泛應(yīng)用的短距離無線傳輸技術(shù)包括有紅外線技術(shù)和藍牙技術(shù)；但是，上述兩種技術(shù)在實際應(yīng)用中在標(biāo)準(zhǔn)和頻段兩方面存在一定的局限性，從而導(dǎo)致其在應(yīng)用領(lǐng)域被局限。超寬帶通信技術(shù)具有較大的容量、降低的輻射功率以及安全性高等優(yōu)勢彌補紅外線和藍牙技術(shù)的不足，其可作為未來無線通信領(lǐng)域重點發(fā)展的方向。雖然超寬帶通信技術(shù)在傳輸速度方面具有明顯的優(yōu)勢，但是其隨著傳輸距離的增加對應(yīng)傳輸速度下降嚴(yán)重，這也是導(dǎo)致超寬帶通信技術(shù)無法大范圍推廣應(yīng)用的限值性因素[1]。本文將主要開展超寬帶通信技術(shù)的性能仿真研究

1 超寬帶通信技術(shù)信號容量的仿真研究

目前，超寬帶通信技術(shù)主要通過截止速率這一參數(shù)表征其信道容量；而且，在某種程度上截止速率是一種簡單且有效的表達信號容量的方式。超寬帶通信技術(shù)作為一種無載波通信技術(shù)，主要通過一定周期的窄帶脈沖對數(shù)據(jù)進行傳輸；也就是說，超寬帶通信技術(shù)具有較寬的頻譜。從理論上講，當(dāng)超寬帶通信的信號容量，對應(yīng)窄脈沖的帶寬與信噪比呈現(xiàn)相互互補的關(guān)系[2]。

雖然，截止速率可直接表達超寬帶通信信道的容量，這僅僅是定性分析；對于離散輸入的超寬帶通信技術(shù)而言，不能直接采用香農(nóng)公式對超寬帶通信信號的容量進行定量分析。因此，開展關(guān)于影響截止頻率參數(shù)的仿真分析，為后續(xù)計算信號容量具有重要意義。

仿真設(shè)置：信噪比為20 dB，仿真對象為2 進制、4進制、8 進制和16 進制的PPM 接收機；對不同用戶數(shù)、不同擴展因子對應(yīng)的截止頻率之間的關(guān)系仿真結(jié)果如圖1 所示。

圖1 中虛線對應(yīng)的擴展因子為50，實線對應(yīng)的擴展因子為250。

如圖1 所示，當(dāng)用戶數(shù)量增加到一定范圍后，隨著用戶數(shù)量的增加對應(yīng)截止速率下降；當(dāng)用戶數(shù)量一定時，隨著擴展因子的增大對應(yīng)截止速率降低；隨著PPM接收機進制數(shù)的增加對應(yīng)截止速率增加。通過仿真分析可知：基于截止速率算法可準(zhǔn)確、直觀地得出多用戶的信號容量[3]。

2 基于正交小波超寬帶脈沖設(shè)計及性能分析

為了確保信號傳輸?shù)谋Ｕ嫘?，在基礎(chǔ)超寬帶脈沖中引入正交小波脈沖。正交小波主要包括有Haar 小波、Meyer 小波、db2 小波和coifl 小波。其中，Haar 小波在時域上的連續(xù)性偏差，因此排除將Haar 小波引入超寬帶脈沖中。其余三種小波的優(yōu)劣勢分別如下：Meyer 小波具有較好的收斂速度，且可實現(xiàn)無限可微；db2 小波雖然不對稱，但其在時域上是有限支撐的；coifl 小波具有一定的對稱性，且其在時域上的有限支撐長度可達到6N-1[4]。

2.1 不同調(diào)制方式對應(yīng)誤碼率的對比

基于超寬帶通信技術(shù)，需要對發(fā)射信號進行調(diào)制后才能夠傳輸，可采用的調(diào)制方式包括有TH-BPM和DS-BPSK；本節(jié)對不同用戶數(shù)量下，不同調(diào)制方式對應(yīng)的2 進制、4 進制、8 進制、16 進制和32 進制的誤碼率進行對比，仿真對比結(jié)果如圖2 所示。

如圖2 所示，同一進制接收機且在同一調(diào)制方式下，隨著用戶數(shù)量的增加，對應(yīng)接收機的誤碼率升高?？偟膩碇v，采用DS-BPSK 調(diào)制方式所接收信號的誤碼率均低于采用TH-BPM調(diào)制方式。因此，為保證數(shù)據(jù)傳輸與接收的保真性，采用DS-BPSK 方式對接收信號進行調(diào)制。

2.2 不同正交小波脈沖對誤碼率的影響

本小節(jié)將對不引入正交小波脈沖和分別引入Meyer 小波、db2 小波和coifl 小波后對接收信號的誤碼率進行對比，對比結(jié)果如圖3 所示。

如圖3 所示，在同一用戶數(shù)量下引入db2 正交小波和cdif1 正交小波后所得波形的誤碼率低于不引入正交小波的波形；而且，引入cdif1 正交小波所得波形的誤碼率低于引入db2 正交小波所得波形。此外，在同一用戶數(shù)量下引Meyer 正交小波后所得波形的誤碼率高于不引入正交小波的波形。

因此，為提升超寬帶通信系統(tǒng)信號傳輸過程的保真性可在發(fā)射信號中引入db2 正交小波和cdif1 正交小波。

3 超寬帶通信技術(shù)性能對比

一般情況下，超寬帶發(fā)射脈沖引入的為高斯脈沖信號；根據(jù)上述研究，在超寬帶發(fā)射脈沖中加cdif1 正交小波入可降低脈沖波形的誤碼率[5]。因此，本節(jié)將對比使用cdif1 正交小波發(fā)射的脈沖波形與傳統(tǒng)高斯脈沖波形的性能進行對比。

仿真條件設(shè)置如下：設(shè)定發(fā)射的脈沖寬度為2 ns，脈沖的重復(fù)周期時間為200 ns，脈沖波形中信號的占空比為0.01；接收機對脈沖波形的采樣頻率為0.25 ns，接收機功率為0.003 8 W，為直觀表達仿真結(jié)果對脈沖波形采用4 倍直序進行擴頻。仿真對比結(jié)果如4 所示。

如圖4 所示，對于單用戶而言，高斯發(fā)射波形和引入cdif1 正交小波波形的誤碼率相差不大；而多用戶而言，高斯發(fā)射波形對應(yīng)的誤碼率明顯大于引入cdif1 正交小波波形的誤碼率。因此，引入cdif1 正交小波波形的性能優(yōu)于引入高斯脈沖波波形的性能。

4 結(jié)語

超寬帶脈沖無線通信技術(shù)為未來無線通信領(lǐng)域的重要發(fā)展方向，雖然其具有較高的初始傳輸速率，但是由于隨著傳輸距離的增加對應(yīng)傳輸速率下降明顯，嚴(yán)重影響其應(yīng)用范圍。超寬帶脈沖通信技術(shù)作為一項尚不成熟的技術(shù)，開展其理論研究尤其是關(guān)于性能方面的研究非常重要。本文重點基于仿真手段對超寬帶通信技術(shù)不同情況下的性能進行研究，并得出如下結(jié)論：

1）為保證數(shù)據(jù)傳輸與接收的保真性，采用DS-BPSK 方式對接收信號進行調(diào)制。

2）為提升信號傳輸過程的保真性可在發(fā)射信號中引入db2 正交小波和cdif1 正交小波。

3）引入cdif1 正交小波波形的性能優(yōu)于引入高斯脈沖波波形的性能。