摘  要： 提出了采用寬帶調(diào)制跟蹤環(huán)+積分處理的檢測方式對Chirp信號進行解調(diào),并用Matlab進行了性能仿真。仿真結(jié)果表明，該方法與匹配濾波器的解調(diào)方式性能相當(dāng)，且該方法實現(xiàn)的電路具有成本低、靈活性強、應(yīng)用價值高以及易于集成等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞： 超寬帶；線性調(diào)頻信號；寬帶PLL；相干解調(diào)

    超寬帶UWB(Ultra-Wideband)技術(shù)是目前無線通信領(lǐng)域中比較先進的技術(shù)之一，由于其具有大容量、低發(fā)射功率和低成本等諸多優(yōu)點，在通信、雷達和無線定位等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。有4種方式實現(xiàn)超寬帶技術(shù)：（1）基于脈沖無線電（IR）的UWB[1]；（2）基于直接序列碼分多址（DS-CDMA）的UWB[2-3]；（3）基于多載波正交頻分復(fù)用（MB-OFDM）的UWB[4]；（4）基于Chirp擴頻（CSS）的UWB[5]。與其他三種形式的UWB相比，Chirp_UWB利用Chirp擴頻技術(shù)來實現(xiàn)頻譜的擴展，并且Chirp_UWB信號對頻偏不敏感和不存在峰均功率比(PAPR)，同時Chirp_UWB同樣具有抗干擾能力強、同步實現(xiàn)簡易、發(fā)射功率低、傳輸速率高、傳輸距離遠、多徑分辨率高和測量精度高等優(yōu)點。2006年IEEE802.15.4a工作組最終選擇了CSS技術(shù)作為物理層的標(biāo)準(zhǔn)[6-7]。通過增加Chirp信號的帶寬和減小時間寬度T，Chirp信號同樣可以應(yīng)用于高速的超寬帶通信系統(tǒng)。
    作為大的時間帶寬積信號,它廣泛地應(yīng)用在通信、雷達、聲納和地震勘探等系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中,Chirp信號的解調(diào)與檢測、參數(shù)估計和信號恢復(fù)是一個重要的研究課題。到目前為止，對于Chirp信號的最佳解調(diào)與檢測方法有：基于脈沖壓縮匹配濾波檢測法[8]和基于分數(shù)階Fourier變換（FRFT）的參數(shù)檢測法[9-10]。前者的實現(xiàn)需要定制專用器件（如聲表面波SAW），其應(yīng)用時的靈活與通用性較差；而后者由于其運算量過大，需要尋找滿足目前硬件要求的快速算法導(dǎo)致在實際的系統(tǒng)中難于實現(xiàn)。
    針對這些現(xiàn)狀，本文提出了采用寬帶調(diào)制跟蹤環(huán)與積分處理的檢測方式進行Chirp信號的解調(diào)。
1 Chirp信號的特性與BOK調(diào)制方式
    Chirp信號可表示為：



    由式(12)可以看出VCO的控制電壓信號與調(diào)制的鋸齒信號m(t)呈線性關(guān)系變化。設(shè)計合理的環(huán)路參數(shù)使得環(huán)路調(diào)制跟蹤狀態(tài)，通過檢測VCO控制信號，進行數(shù)據(jù)恢復(fù)。實際上利用寬帶調(diào)制跟蹤環(huán)對Chirp信號進行解調(diào)的過程是對線性調(diào)頻信號進行去斜率的過程。
    為了提高系統(tǒng)的處理能力，對跟蹤環(huán)路中VCO壓控端的控制信號進行積分處理，積分器對信號在碼元間隔時間內(nèi)進行積分運算，能夠有效地抑制信道中的噪聲和環(huán)路中的高頻干擾噪聲，在碼元結(jié)束時刻獲得信號的能量峰值，提高系統(tǒng)檢測的性能，有利于后續(xù)的抽樣判決電路工作。抽樣判決電路在定時同步脈沖?啄(t)的作用下對積分后峰值信號進行抽樣判決，大于門限值判為數(shù)據(jù)“1”，小于數(shù)據(jù)門限值判為數(shù)據(jù)“0”，這樣就完成了數(shù)據(jù)解調(diào)輸出。對于Chirp_OOK調(diào)制時，其判決門限為積分器輸出的一半，而對Chirp_BOK,其判決門限為零。由此可以看出，系統(tǒng)采用Chirp_BOK調(diào)制時，系統(tǒng)的誤碼性能優(yōu)于Chirp_OOK調(diào)制3 dB，且門限設(shè)置簡單方便。
3 系統(tǒng)仿真與性能分析
    仿真中信息bit速率為2 Mb/s時，發(fā)射端的調(diào)制方式為Chirp_bok方式，中心頻率為640 MHz，掃頻帶寬為130 MHz，相對帶寬大于20%，符合FCC對UWB信號定義。“1”碼調(diào)制正斜率的Chirp信號，“0”碼調(diào)制負斜率的Chirp信號。系統(tǒng)中使用一個Chirp信號傳輸一個數(shù)據(jù)信息比特時，獲得的處理增益約為18 dB。
    圖4～圖6給出了高斯信道中不同信噪比情形下使用本文提出的解調(diào)方式得到的各點輸出波形。由圖中可以看出，環(huán)路中VCO的控制電壓為正負斜率的鋸齒信號，但是上面疊加了信道和環(huán)路中的噪聲，經(jīng)過積分處理之后，信號的能量在碼元結(jié)束時刻獲得聚集，噪聲得到了抑制，有利于抽樣判決。

    仿真結(jié)果表明，本文提出的使用寬帶PLL與積分處理的解調(diào)方式，不但能夠獲得匹配濾波的解調(diào)效果，而且實現(xiàn)簡單、成本低、容易集成，且靈活性好，只要更改相應(yīng)的參數(shù)，就能夠適用不同頻段的Chirp_UWB通信系統(tǒng)。
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