超寬帶組合脈沖波形設計

摘要：本文分析了高斯脈沖微分階數和成形因子對其能量譜密度的影響,并在此基礎上,為了提高高斯脈沖波形的頻譜利用率,引入類似線性均衡的概念產生高斯組合波形,并能滿足FCC頻率輻射掩蔽的要求。同時從應用角度改進算法,使其更具實用價值。

關鍵詞：FCC輻射掩蔽;線性均衡;脈沖組合;脈沖設計算法

引言

UWB是一種無載波通信技術,利用納秒至亞納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據,所占頻譜范圍很寬,適用于高速、近距離的無線個人通信。

通過對高斯脈沖波形的時域和頻域的分析并結合天線的特性,可得出發射天線輸入端采用高斯四階導數脈沖波形較其他低階、高階導數脈沖波形更具優越性,適宜信號的傳輸。

但是,高斯四階脈沖的頻譜利用率并不高,尤其是0~0.96GHz頻段。為了解決這個問題,本文利用高斯組合波形來提高頻譜利用率。

高斯脈沖波形的特性

傳統的UWB系統采用高斯脈沖作為傳輸的波形,由于天線的求導特性,其輸出信號與輸入信號之間存在導數的關系。假設輸入高斯波形的表達式為,,其中,,是高斯脈沖的成形因子,則其輸出波形可表示為：

(1)
相應的二階導數及高階導數分別為：
(2)

隨著高斯脈沖階數的增大,其功率譜密度逐漸符合FCC-MASK的限制要求,即N增大時,譜密度曲線向右移,中心頻率和峰值頻率也不斷提高。高斯四階脈沖波形可以滿足FCC對發射功率譜密度的要求。

在圖1中可以直觀地看出,相同階數的高斯波形由于t值不同,在頻域上的變化是比較大的。隨著值的不斷變小,其波形的帶寬不斷變大,同時中心頻率也隨之向高頻遷移。當=2ns 時,其頻域正好落在0~0.96GHz頻段,而且帶寬比較狹長,經過修正后可以滿足FCC-MASK的頻率掩蔽要求。而當t在亞納秒級時,帶寬變大,基本可以涵蓋整個超寬帶的頻帶。因此,可以認為通過對上述多個波形的線性組合,達到滿足FCC-MASK的要求,同時還可以提高頻譜利用率。

圖1 不同對高斯四階脈沖波形頻域的影響