超寬帶（UWB）接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)及仿真

1、超寬帶（uwb）接收機(jī)的電路設(shè)計(jì)及仿真目前，超寬帶(uwb)解調(diào)辦法可歸納為下面三種：一種是構(gòu)造一個和接收信號差不多的模板信號，然后采納相關(guān)方式;另外一種就是采納積分檢波的方式解調(diào)出uwb信號;還有一種就是對接收的信號舉行a/d轉(zhuǎn)換，通過抽樣值識別信號。第一種計(jì)劃實(shí)現(xiàn)比較困難，由于ns級的脈沖假如實(shí)現(xiàn)相關(guān)接收，同步時光必需精確到ps級,這種要求無論是對接收端還是放射端都是一個挑戰(zhàn)。容易的積分檢波方式抗干擾性能比較差。采納抽樣的方式實(shí)現(xiàn) uwb信號的接收，前提是必需用法高速的，接收機(jī)復(fù)雜度將會大大增強(qiáng)。本文提出了在前端應(yīng)用同步控制的選通脈沖，在uwb的信號到來時選通，控制積分信號進(jìn)入后面的判決。

2、這種方式的優(yōu)點(diǎn)是提高了接收信號的信噪比，同時實(shí)現(xiàn)了多址通信。圖 1 接收機(jī)方框圖圖2 電路圖新型接收機(jī)的結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)接收機(jī)的前端都有一個帶通，來阻擋帶外干擾信號和噪聲的進(jìn)入，從而提高信噪比。但是uwb信號的頻帶比較寬，在這個頻帶內(nèi)存在無數(shù)的噪聲和其它的窄帶干擾信號，采納接收前端加帶通濾波器的辦法來提高接收信號的信噪比效果不是太顯然。uwb信號與傳統(tǒng)的窄帶信號不一樣，它是一個時光上不延續(xù)、脈沖寬度相對很窄的信號，因此在信號到來時積分實(shí)現(xiàn)信號的檢測，在其它時光內(nèi)屏蔽噪聲和外界的干擾信號，即通過在時域隔離噪聲的辦法來提高uwb接收機(jī)的信噪比。本文采納容易的平方檢波方式來實(shí)現(xiàn)uwb信號的積分檢測，接收機(jī)的

3、方框圖1所示。由天線接收下來的uwb信號經(jīng)過一個寬帶后，進(jìn)入積分檢測電路，在uwb信號脈沖到來時，選通脈沖控制uwb的積分信號進(jìn)入比較判決電路，實(shí)現(xiàn)偽碼信號的檢測判決。判決后的偽碼信號與本地的pn碼相乘后，通過的積分，進(jìn)入門限判決電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確解調(diào)。在這里選通脈沖對uwb 積分信號的捕捉及同步是本系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，捕捉過程如下：1. 脈沖波形積分信號的同步捕捉。1所示，首先由選通脈沖控制uwb的積分信號進(jìn)入門限判決電路，其中選通脈沖的重復(fù)速率和偽碼的速率相同;然后對進(jìn)入門限判決電路的積分信號電平舉行判決，超過判決門限時判為1，否則為0;判決后的信號送到移位寄存器，移位寄存器的長度以所用法的

4、pn碼的特性來設(shè)定，在可以正確接收的狀況下，移位寄存器可以存儲的偽碼必需包含兩個1，目的是防止在有噪聲進(jìn)入系統(tǒng)時，系統(tǒng)因誤判決產(chǎn)生誤動作而進(jìn)入失步狀態(tài)。每隔 tf的時光對移位寄存器讀取一次數(shù)據(jù)，假如里面存儲的數(shù)據(jù)含有1的符號，選通脈沖停止移位，認(rèn)為取得同步;假如全0則控制選通脈沖繼續(xù)移位搜尋。2. pn碼的同步捕捉。由于pn碼的周期為ptf，其中tf為單個偽碼的周期，其中p值較大，要取得較精確的相關(guān)，普通ntftd性能分析與波形相關(guān)方式相比，同步捕捉簡單實(shí)現(xiàn)。在采納相同的搜尋算法中，假定接收到的信號周期為1ns，假如采納波形相關(guān)的方式搜尋移位的時光為周期的1/4，即0.25ns，那么采納取其包

5、絡(luò)的移位同 樣設(shè)定為積分信號的1/4，假定包絡(luò)的積分時光為80ns，則其步長移位時光為 20ns。在同步跟蹤方面，采納波形相關(guān)的方式需要時鐘同步必需精確到幾十ps，但是采納同步包絡(luò)檢波的方式只要精確到幾個ns就可以了，硬件更簡單實(shí)現(xiàn)。采納時域?yàn)V波的辦法提高了信號的信噪比。本文所用法的是極窄脈沖信號，是一種眨眼放射脈沖信號的通信方式，可以采納開關(guān)方式在時域上屏蔽噪聲和外來信號干擾的辦法。在選通脈沖沒有到來時，積分信號接地，阻擋外面的干擾信號和噪聲進(jìn)入后面的判決電路。惟獨(dú)當(dāng)選通脈沖到來時，外部的噪聲及干擾信號才可以和uwb信號的積分信號進(jìn)入判決電路。假如不考慮系統(tǒng)本身的噪聲影響，通常狀態(tài)下信噪比是

6、eb/no，其中eb為信號的能量， n0為噪聲的能量。當(dāng)加上開關(guān)時，信噪比將變成ebtf/noton，其中tf為脈沖周期，ton為電子開關(guān)的開啟時光。uwb信號的特點(diǎn)是，在低速率時tf/ton值比較大，對uwb的接收敏捷度有很大提高。同時可以將用法不同偽隨機(jī)碼的其它uwb信號屏蔽，實(shí)現(xiàn)多址通信。固然，不行避開的是電子開關(guān)對囫圇接收系統(tǒng)的影響，比如選通脈沖對uwb積分信號的影響，假如干擾太大，會影響后級的判決輸出。電路仿真系統(tǒng)仿真的電路2所示，容易起見，只仿真了前級偽碼輸出電路。仿真時采納碼速率為2mhz的1010信號，uwb信號通過一個的耦合變成極性相反的兩路信號，通過檢波檢波進(jìn)入后面的積分電

7、路，當(dāng)選通脈沖與接收的uwb信號同步時，選通脈沖控制電子開關(guān)在信號到來時開啟，信號積分后進(jìn)入后面的低通放大電路，然后經(jīng)過遲滯輸出偽碼信號。當(dāng)沒有uwb信號時導(dǎo)通到地，使輸入到低通濾波器的信號為零，阻擋外面信號和噪聲積分后進(jìn)入后面的放大比較電路。事實(shí)上，大部分的信號能量集中在80ns"100ns之間，所以把電子開關(guān)的導(dǎo)通時光定為80ns。在系統(tǒng)仿真中，電子開關(guān)的參數(shù)設(shè)置開啟和關(guān)斷的時光為10ns，信號的積分時光在80ns"100ns之間，所以設(shè)計(jì)有源低通濾波器的帶寬為10mhz，截止頻率為 20mhz。本文所采納的仿真軟件是7，輸入的uwb信號通過幾個信號源延時疊加來模擬接收

8、到的多徑信號，同時加入一個幅度很大的高斯白噪聲信號。在沒有選通脈沖輸入時，信號通過檢波二極管進(jìn)入后面的積分電路，積分信號波形顯示，積分后的信號波形的噪聲很大，有的隨機(jī)噪聲超過了信號的幅度，進(jìn)入低通濾波器輸出積分后的低頻成分，但是有些噪聲項(xiàng)幅度與信號差不多，經(jīng)過遲滯比較器輸出后有錯誤的判決浮現(xiàn)。當(dāng)加入偽碼控制的選通脈沖與輸入信號同步時，可通過二極管積分。在開關(guān)導(dǎo)通時，外面的噪聲徹低被屏蔽掉，惟獨(dú)在選通脈沖到來時，噪聲才可以進(jìn)入檢測電路。在選通沒有uwb脈沖時，噪聲的積分幅度也很大，但主要是高頻重量，所以，在經(jīng)過低通濾波器后，可以將高頻重量濾除，通過遲滯比較器可以實(shí)現(xiàn)偽碼信號的正確檢測。電路實(shí)現(xiàn)在實(shí)際電路中，檢波二極管采納成都亞光的零偏置檢波二極管，型號為2h10673a，導(dǎo)通200 mv，工作頻率大于3ghz。選通脈沖器件采納pin二極管2k60840，擊穿電壓大于20v，正向微分1.55?，結(jié)0.3pf。接收下來的信號是經(jīng)過天線展寬、脈沖周期為3ns的不規(guī)章信號，所以檢波管的工作頻率可以徹低滿足要求，因?yàn)闂l件所限，不能測試pin管的導(dǎo)通和關(guān)斷時光，但通過實(shí)際測試可以滿足系統(tǒng)要求。在實(shí)際測試中加入了256kb/s的th-ppm調(diào)制的超寬帶信號，作為外來的多址干擾信號。結(jié)語本文通過