高速UWB-IR通信系统中TX射频系统的研究与实现

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超宽带无线通信(Ultra-Wideband:UWB)技术是一种新型短距离无线通信技术,凭借其极高的数据传输速率、较少的功率消耗、极高的精度定位以及强大的抗多径干扰等优点,已成为当今无线通信领域研究和开发的一个热点。其中超宽带发射技术是通信系统中的一个重点和难点,它的性能优劣将直接影响系统通信的距离、信号的抗干扰能力以及接收机的复杂度和灵敏度。因此,本文将对发射系统中超宽带信号的产生技术与实现做重点的分析与研究。  目前,国际上主要的UWB信号设计方案可分为基带窄脉冲型(包括脉冲无线点IR.- UWB和直接序列扩频DS-UWB)和调制载波型OFDM-UWB俩种。由于OFDM-UWB采用跳频方式,信号峰平比较高,容易对其它无线设备产生强干扰,而且电路结构复杂,实现成本较高;而基带脉冲无线电(IR-UWB)在通信系统可以提供大的数据传输带宽,并具有极低的功率谱密度,低的系统复杂度以及低成本的优势。因此,本文不考虑OFDM-UWB方案设计,只对窄带脉冲IR-UWB方案进行重点设计和研究。  本论文工作霞点及突出特点在于结合传统IR.-UWB设计思想,采用一种基于负阻特性的原理,以微波器件EFT}乍为振荡源,利用类似高斯窗函数的基带码元信号作为触发信号来实现电路的猝歇振荡,从而产生类似高斯窗调制载波的UWB脉冲信号。与传统的极窄脉冲UWB信号相比,该系统除了继承传统基带窄脉冲设计的一般优点外,还可以有效地避免通信系统间相互的干扰,频谱资源共享的灵活性更高,频谱资源的利用率更高。同时,该电路不需要常规的混频器、本地振荡器(L0),既降低了电路的结构复杂度,又避免了载波频谱的泄露。然而,由于UWB信号的发射功率强度有限,不能稳定地满足远距离通信和抵抗各种突发脉冲信号的干扰等情况。为了实现有效、可靠、稳定的通信和某些特殊场合的应用,在UWB信号满足FCC关于辐射掩蔽规定的前提下,本文对超宽带功率放大器(PA)也进行了深入的分析与研究。针对系统指标要求和应用环境交互,给出俩种设计方案:一种是基于MESEFT宽带功率放大器的设计。该设计方法采用小信号系统模型和负反馈电路结构,利用器件的高增益特性进行相关系统的设计。该电路具有稳定性高、设计灵活性高、可伸缩性强等优点;另一种是基子MMIC宽带功率放大器的设计。采用内匹配电路,具有增益高、集成度高、寄生特性较低、可靠性高和可操作性好等优点。  通过构建传码率为IOOMbps的PPM-uWB和OOK-PPM通信系统,进行室内短距离UWB信号发射实验测试,最后,成功地实现了高速(IOOMbps) UWB系统TX射频系统的设计,验证了该系统设计方案进行室内UWB无线通信的可行性。该论文对_于超宽带无线通信研究者、短距离无线通信工程应用具有一定的参考价值。
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