摘要：UWB无线通信的传输载体是纳秒量级的脉冲，所以其相比传统无线通信技术在被截获概率、功率消耗等方面较低，而且抗干扰能力和传输的速度更加理想，现阶段达到广泛的应用，在此背景下，本文针对UWB无线通信信号产生和调制技术的应用展开研究，为UWB无线通信的应用提供参考。
关键词：UWB无线通信；产生信号；调制技术
前言：结合香农公式可以发现，高斯信道中的信号噪声比如果表现出缩减的趋势，可以通过对传输带宽进行提升保证信道容量处于稳定的状态，为信道内无差错通信的实现提供可能，而UWB无线通信利用发射接收皮秒量级的脉冲信号进行信息的传输，在传输的次奥率和准确性方面更有保证，其在运行的过程中，脉冲位置调制保证其被调制到精确度极高的脉冲串，在转化为脉冲形状和规律序列后，由其对应的天线进行发射是非常关键的环节，所以对UWB无线通信信号产生和调制技术展开研究，具有重要的现实意义。
UWB无线通信信号产生分析
（一）TH-UWB信号的产生
通常情况下，数字基带信号可以表示为.png)
，其中.png)
代表码元宽度，Sa（i）代表对应码元的波形，针对二元信号的不同形式需要利用针对的波形进行发送，如果将0对应的发送波形表示为w0(t)，将1对应的发送波形表示为w1(t)，那么数字基带信号则可以指标表示为.png)
，在an的具体取值发生变化的情况下其所对应的概率也会发生差异，UWB无线通信信号在脉冲跳时时移和跳时时移步长确定的情况下，按照上述公式可以确定伪随机序列，如果将脉冲和信息比特之间的关系设定为一一对应，那么此时就会得到对应的TH-UWB信号，这是此类信号的产生过程[1]。现阶段此类信号的具体方式并不统一，例如在某时刻0对应波形和另外某时刻1对应波形相同的情况下，其信号将以2PPM的形式存在；如果相同时刻1对应波形和0对应波形完全相反，则其信号将以2PAM的形式存在，此时的二进制相移键控则为BPSK。
众所周知，随机信号的功率谱密度的实际大小，可以通过其对应的自相关函数的傅里叶计算获取，所以在产生UWB无线通信信号后，利用其对应的自相关函数可以进行功率谱密度的计算，自相关函数可以表示为.png)
，通过计算可以发现在无挑时调制的情况下，信号离散谱的间隔将会随着跳时调制的进行而呈现出明显的缩减趋势，换言之，在此情况下，跳时调制具有平滑功率谱的功能[2]。而其谱线间隔和幅度会随着跳时调制的增加而表现出逐渐缩减的趋势，如果某处的跳时时移步长是另一处跳时时移步长的整数倍，离散谱线的频率函数将会以1与跳时时移步长的比值为周期进行周期性的变化；如果某处的跳时时移步长与另一处跳时时移步长为互质整数的情况下，离散谱线的频率函数与无跳时调制之间将具有密切的关系，而且在相应的位置会存在较强的谱线。
PPM-PAM-TH-UWB信号的产生
在脉冲位置调制和脉冲幅度调制中BPSK形式均存在的情况下，所形成的UWB无线通信信号为PPM-PAM-TH-UWB信号，由于IR系统中，极短脉冲时域范围内进行随机的位置变化主要通过伪随机TH码实现，而TH码在应用的过程中会出现重复现象，所以其发送信号的波形就会存在周期，此周期可以通过信号所包含的信息比特数和信息比特所持续时间的乘积计算获取；一个信息比特所持续的时间可以通过一个信息比特所需的脉冲数量与脉冲重复间隔的乘积计算获取；而脉冲重复间隔可以通过码片时间和码的元素数量的乘积计算获取，所以计算获取周期的可操作性较强[3]。如果在波形中存在和信号所包含的信息比特数与一个信息比特所需的脉冲个数乘积个数相同的基本脉冲波形所构成的脉冲序列，则可以将脉冲的波形进行统一的表示。此时将TH码作为所获取序列中的某个子序列，结合相应的信息比特调制的幅度参数和位置参数，可以将带发射的PPM-PAM-TH-UWB信号的波形直接表示。
可见第二种信号的产生过程相比第一种更加复杂，但其在计算的过程中不仅可以对传输过程中的信号波形进行确定，而且可以对待发送信号波形也能通过计算获取，在保证信号传送的可靠性和稳定性方面性能更加突出，所以在UWB无线通信系统中，该信号的应用范围也非常广泛。为保证产生的信号可以精准的传送，要对其调制技术进行研究。
UWB无线通信信号调制技术的应用
（一）PPM调制方法及其应用
以脉冲位置承载数据信息作为主要调制手段的方式（PPM），现阶段主要包括二进制和多进制两种方式，在此种调制方法进行的过程中，脉冲在单个重复周期内出现的位置在2个或M个，而且其具体的位置和符号状态具有较显著的对应关系，现阶段人们习惯于将此种调制技术划分成正交和重叠两部分，在前种调制方式中，一般情况下会选择相邻脉位作为彼此脉冲自相关函数的幅值最高点，保证其欧氏距离达到最大的程度，以此使系统传输的效果作为理想，而后者脉冲位置的确定通常以脉冲宽度为主要依据，在现阶段并不常用[4]。但综合此种调制方式的不同类型可以发现，PPM在应用的过程中，单纯利用数据符号即可以实现对脉冲位置的控制，使调制和调节的过程简单化，但需要注意的是其单极性的信号辐射普在离散谱线中存在的可能性较高，如果在应用的过程中忽视对其进行控制可能难以满足FCC的要求。
PAM调制方法及其应用
PAM在数字通信系统调制中应用较为广泛，但UWB复杂度较高、功率有效性较小，应用此种技术的可操作性较差，在必要的情况下，可以利用OOK的非相干检测使接收机的复杂程度在原有程度上进一步缩减，也可以利用BPSK提升信息传输的可靠性。但需要注意的是，虽然PPM相比PAM更适合UWB无线通信调制应用，但由于UWB无线通信信号与脉冲重复频率之间具有较显著的负相关性，而且通常情况下硬判决相比软判决的效果差，所以在发射能量一定的情况下，PAM调制方法的应用效果会相比PPM更加理想，所以在具体选择应用的调制技术时，应结合实际需要进行灵活的选择。
结论：通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到UWB无线通信相比传统无线通信技术的优势，并有意识的通过对UWB无线通信信号产生和调制技术进行研究，推动UWB无线通信技术的顺利实现，这是现代通信技术发展的具体体现，应不断的深化和推广应用。
参考文献：
[1]叶晨晖． 微波光子技术与光载无线（RoF）接入网络技术的相关应用研究[D]．浙江大学，2013．
[2]赵明剑． 低功耗高速可植入式UWB发射机与接收机芯片的研究[D]．华南理工大学，2013．
[3]邵静． 基于光学技术的超宽带信号的产生、调制与传输研究[D]．华中科技大学，2013．
[4]沈丹鸿． 基于LiNbO_3马赫—曾德尔调制器的UWB信号调制的研究[D]．南京邮电大学，2013．
论文作者:黄建锋
论文发表刊物:《基层建设》2016年18期
论文发表时间:2016/11/17
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