基于线性调频脉冲压缩技术的超宽带通信系统设计张文杰，王艳芬（中国矿业大学信息与电气工程学院，江苏徐州221008）摘要：基于线性调频脉冲压缩技术产生的线性调频信号具有良好的自相关性以及匹配滤波后尖锐的时域特性，本文将该技术用于超宽带无线通信，研究了线性调频信号频谱结构，设计了线性调频调制的超宽带无线通信系统，并对该系统的各点波形和传输特性进行了仿真。结果表明Chirp信号的频谱能很好的满足FCC对UWB辐射掩蔽的限制，信号具有较高的频谱利用率。在满足一定误码率的情况下，信号传输距离可以达到900米。关键词：超宽带；线性调频扩展频谱；声表面波；线性调频信号中图分类号:TN92秒年UltrawidebandwirelesscommunicationsystemdesignbasedoncompressedchirpZHANGWen-Jie,WANGYan-Fen(SchoolofInfor.andElectr.Engineering,ChinaUniversityofMiningTechnology,Xuzhou,Jiangsu221008)Abstract:Withtheexcellentautocorrelationandkeenedgedtimepropertyafterthematchedfilterofchirp.ThechirpspreadspectrumtechniqueappliedforUltra-Widebandbasedoncompressedchirp.WepresentedthespectrumandpresentedtheCSSUWBwirelesscommunicationsystem.Simulateeachwaveandthetransmitcharacteristicofthissystem.Thesimulationresultsshowthatthepowerspectraldensitydistribution(PSD)ofthepulsegeneratedherecancomplywithFCCemissionmaskregulationsonUWB,andthispulsehasveryhighspectrumutilizationratio.Thesignaltransmitdistancecanachieve900meters.Keyword:UWB;ChirpSpreadSpectrum；Surfaceacousticwave;Chirp1.引言超宽带（UWB）通信是利用宽度在纳秒、亚纳秒级的基带窄脉冲序列进行通信的一种技术。窄脉冲可以采用多种不同的波形，如高斯波形、厄密特脉冲等，然而在基带窄脉冲UWB通信中，基带窄脉冲包含较多的低频分量，因此在FCC关于UWB通信功率谱的规定下,频谱利用率不高。这就要求我们选取的脉冲波形在时域上应当平滑，并且功率谱密度容易由时域参数控制。而传统的高斯波形、厄密特脉冲等形式不能保证波形之间的正交性,从而在接收端用户间存在较大的干扰,造成误码率上升，影响系统性能[1]。Chirp(线性调频)信号由于其具有较大的时间带宽积、便于匹配滤波检测，容易产生等特点在雷达系统中被广泛采用，随着现代模拟信号处理技术声表面波器件（SAW）的发展，可以由低成本、低功耗、低复杂度的声表面波滤波器利用脉冲压缩技术产生和检测线性调频信号。Chirp信号的频谱满足FCC（美国联邦通信委员会）对超宽带（UWB）辐射掩蔽的限制，具有较高的频谱利用率，我们可以适当的提高其带宽来提高传输距离和传输速率。本文将线性调频脉冲压缩技术用于超宽带无线通信，设计了线性调频调制的超宽带无线通信系统，并对该系统的线性调频信号频谱和传输特性进行了仿真，该系统可以作为超宽带远距离通信的模型。2．线性调频信号特性分析线性调频矩形脉冲信号可表示为[2]si(t)=rect(tT)cos(ω0t+12μt2)（1）式中矩形调制函数为rect(tT)={a0¿¿|tT|≤1/2|tT|>1/2（2）式中，ω0为中心频率，B为调频带宽，T为矩形调制脉冲的时宽，a为矩形调制脉冲的幅度，μ为调频斜率，μ=2πB/T。μ>0称为正向线性调频脉冲(Up-Chirp)，其瞬时频率不断增大；μ<0为反向线性调频脉冲(Down-Chirp)，其频率不断减小。当Chirp信号通过匹配滤波器后，其输出信号可以表示为s0(t)=a2√TBsin[πBt(1−|t|/T)]πBtcosω0t（3）从式中可以看出经过匹配滤波器输出的波形其包络为辛格函数sin(x/x)，具有尖锐的时域特性，输出压缩脉冲的包络幅度增加√D=√BT倍，即输出信号的峰值功率增加为输入信号的D倍。相对于发送的Chirp信号在时域上被压缩了BT倍（称为压缩增益比），相当于符号宽度减小，多径叠加的效应被减弱，符号间干扰相应的减小。匹配滤波器的设计可以由SAW器件完成，称为声表面波相关器，对于实际信道传输造成的信号幅度衰减和时间延迟参数都可以通过编程调节SAW的相关参数来实现[3]。线性调频信号si(t)的频谱为[4]Si(ω)=∫−∞∞si(t)exp(−jωt)dt¿12∫−T/2T/2exp{+j[(ω0−ω)t+12μt2]}...
