基于锁相环的Chirp超宽带信号接收-通信与信息系统专业论文.docx

摘 摘 要 Ab Abstract 万方数据 万方数据 PAGE IV PAGE IV 万方数据 摘 要 超宽带（Ultra-Wideband，UWB）无线通信技术，作为未来短距离高速无线通 信与测距定位系统的最佳解决方案之一，是近年来通信领域兴起的研究热点。其 中，Chirp 超宽带（Chirp-UWB）技术以低功耗、低成本、低物理复杂度、高频谱 利用率、高系统容量、高传输速率、强抗多径干扰能力和抗多普勒频偏能力等一 系列优点，于 2007 年成为 IEEE 802.15.4a 物理层标准之一，备受学术界和产业界 的关注，在短距离无线通信如无线个人局域网、无线传感器网络中具有广泛的应 用前景。 本文讨论了一种基于 Chirp-UWB 技术的无线通信方案，对 Chirp-UWB 技术做 了大量的研究。文中介绍和分析了 Chirp-UWB 通信的基本原理，包括 Chirp 信号 的分类，Chirp-UWB 信号时域脉压特性与频域扩频特性；研究了 Chirp-UWB 通信 的调制方式，主要有 Chirp 率调制和直接调制（DM），分析了匹配滤波和分数阶 傅里叶变换解调方法，总结了接收机物理实现采用声表面波滤波器和数字匹配滤 波器的优缺点。 针 对 发 射 机 采 用 的 Chirp-OOK 调 制 方 式 ， 重 点 阐 述 了 基 于 锁 相 环 的 Chirp-UWB 通信接收机的解调方案。从数学理论上推导了该方案的解调原理，并 利用 MATLAB/SIMULINK 工具对接收机方案进行了建模和仿真，分析验证了该方 案的可行性，得到 Chirp-UWB 通信系统各个模块的相关参数，为接收机电路的设 计提供理论参考。详细介绍了接收机中如载波跟踪锁相环（PLL），自动增益控制 （ AGC ）电路和 能 量 检 测 器等 关键模块 的 硬件 设计过程 。 锁 相 环 的 设 计 是 Chirp-UWB 通信接收机解调的关键部分；AGC 的使用是该解调方案的特色，它使 得送往接收机后级的信号电平维持稳定，提高检测灵敏度。在室内无线环境中进 行了 Chirp-UWB 通信系统的硬件测试。实验表明：载波跟踪锁相环的 Chirp-UWB 接收机解调方案是可行的，该方案具有抗干扰能力强、数据解调可靠、通信速率 高、成本低和功耗低等优点，为 Chirp-UWB 技术在通信中的应用提供有益的参考。 关键词：Chirp 超宽带；锁相环；解调；自动增益控制 I Abstract As one of the best solutions in future short-range high-speed wireless communications and ranging and positioning systems, Ultra-wideband (UWB) wireless communication technology has become a hotspot in recent years. Meanwhile, Chirp-UWB technology has the merits of low cost, low power consumption, low system complexity, high spectrum efficiency, big system capacity, and the strong ability of anti-multipath interference and anti-Doppler frequency shift. It has become one of the physical layer standards of IEEE 802.15.4a in 2007, and has been paid much attention to both academic and industrial communities. There will be a promising use of Chirp-UWB technology in the future for short-range high-speed wireless communications such as Wireless Personal Access Network (WPAN) and Wireless Sensor Network (WSN). A scheme of wireless communication based on Chirp-UWB technology is proposed in this dissertation. Firstly, the fundamentals of Chirp-UW