超寬帶高速并行傳輸技術(shù)研究

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1、超寬帶高速并行傳輸技術(shù)研究王鵬毅匕王西奪'（1.北京郵電大學(xué)信息安全中心；2.中國電子科技集團公司第54研究所）摘要主要針對超寬帶（UWB）高速數(shù)據(jù)傳輸提出了多個偽碼并行調(diào)制傳輸?shù)姆椒ǎ治霰砻麽娪貌⑿袀鬏斂梢杂行岣叱瑢拵到y(tǒng)的傳輸速率，降低碼間干擾和實際工程處理難度，并對這種方法的性能進行了相關(guān)分析，給出了工程實現(xiàn)參考框圖.關(guān)鍵詞超寬帶；高速；偽碼0引言超寬帶信號采用沖擊脈沖信號進行信息傳輸，由于其占用1GHz或更寬的頻率帶寬，所以它能夠方便的進行信息的高速傳輸。但是高速信息的無線傳輸不象低速信息調(diào)制傳輸那么簡單,實際實現(xiàn)時，可能會有許多具體技術(shù)問題，例如實現(xiàn)芯片的處理速度瓶頸限制

2、、碼間干擾問題、多徑影響等等，下面我們對超寬帶高速數(shù)據(jù)傳輸進行分析研究。1超寬帶沖擊信號的直接調(diào)制傳輸重復(fù)周期為h的超寬帶沖擊信號采用如下表達形式：00s（t）=Ew（t-nTf）（1）n=-co式中，譏t）為單個脈沖的函數(shù)，令待傳輸?shù)母咚?-進制數(shù)據(jù)為d（t）,則根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)制的方式不同，可有調(diào)制幅度和調(diào)制時延相位兩種方式。調(diào)幅和調(diào)相的表達式分別見式（2）和式（3）。$4〃八Ed（t）^w（t-nTf）（2）$p（*）=工w（aTf?d⑴?T］）（3）n=-oo式中，旺是調(diào)相方式的時延步進量。這兩種是數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕緜鬏敺绞?，實際傳輸時因為抗干擾能力比較差，高速傳輸容易造成碼間干擾，所以

3、一般采用直擴方式（DS-UWB）或跳時編碼（TH-UWB）方式工作?為了獲得更高的擴頻增益，有時耍和偽碼復(fù)合對信號進行調(diào)制，這種調(diào)制方式的擴頻增益等于脈沖擴頻和偽碼擴頻增益的乘積?；谑剑?）的一種脈沖幅度偽碼復(fù)合調(diào)制表達式如式（4）所示:lg（4）獷sA^DS-VWB（O?IPNf）"Y式（3）中的PNM是直擴的偽碼，顯然，由于采用了進一步偽碼的擴頻方式，數(shù)據(jù)的抗干擾能力提高了，但是，由于釆用復(fù)合擴頻方式工作，傳輸符號速率大大降低，不能滿足高速數(shù)據(jù)傳輸需要。例如采用Ins的沖擊脈沖，脈沖占空比為10%,則采用長度100的偽碼（跳時碼）擴頻后，數(shù)據(jù)傳輸速率僅為10Mbps.所以必須釆用

4、其它措施解決高速傳輸；另外即使理論上能夠完成直接高速傳輸，實際實現(xiàn)會遇到碼間干擾和芯片處理的實現(xiàn)瓶頸。2基于多偽碼調(diào)制的并行傳輸為了解決高速傳輸?shù)拇a間干擾和降低高速數(shù)據(jù)的處理瓶頸，我們可以釆用并行傳輸技術(shù)，這里提出一種采用多偽碼并行傳輸信號形式，即可以解決高速傳輸問題，又可以兼顧抗干擾問題。2.1多偽碼并行超寬帶信號的調(diào)制發(fā)射如圖1所示，傳送數(shù)據(jù)之前，首先將高速數(shù)據(jù)進行串并轉(zhuǎn)換，將一路高速數(shù)據(jù)d（t）變?yōu)镹路并行的低速數(shù)據(jù)d,（t）（i=l一K）：然后將每一路低速數(shù)據(jù)分別與對應(yīng)的偽碼PNKt）相乘（模2加），并將它們之和變成多進制數(shù)據(jù)后再調(diào)制沖擊脈沖函數(shù)?發(fā)射信號形式定義如下：，pa?

5、PN(*)=￥【山⑴$PN］⑴］Iw(t-nTf)(5〉式(5)中，PN.(t)是K個準(zhǔn)正交的PN碼之一；ddt)是串并轉(zhuǎn)換后的其中一路低速數(shù)據(jù)。為了保證系統(tǒng)正常工作，必須使這K個偽碼保持一定的隔離度，或者說，這K個偽碼保證一定程度的近似正交?Gold碼是能夠滿足上述要求的偽碼組之一，例如，碼長1000左右的Gold碼可以保證有23dB左右的隔離度。2.2多偽碼井行超寬帶信號的接收解調(diào)多偽碼并行傳輸?shù)慕邮帐疽鈭D如圖2所示，接收信號含有傳輸時延和接收機噪聲，其歸一化的表達式為：rpa-PN(OxZdi(t-T)9PN((t-T)E(6)接收信號首先進行沖擊脈沖的相關(guān)解擴，解擴方法與前面的

6、類似；脈沖相關(guān)解擴后的信號，在與多路偽碼分別進行并行相關(guān)運算，解調(diào)輸岀多路并行數(shù)據(jù)，然后進行并串轉(zhuǎn)換，輸出高速數(shù)據(jù)。2.3多偽碼并行傳輸?shù)男阅芊治霾捎萌鐖D1和圖2所示的多碼擴頻發(fā)送和接收系統(tǒng)，待傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)先經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換變成并行K路的低速數(shù)據(jù)流，再用不同的擴頻序列進行擴頻調(diào)制，由于各支路之間保持精確地同步，理論上采用準(zhǔn)正交的擴頻碼時，序列之間的干擾幾乎為零。發(fā)射數(shù)據(jù)0—>井$轉(zhuǎn)換PN：(t)相關(guān)_?PNK(D相關(guān)—?圖2多偽碼并行傳輸?shù)慕邮仗幚硎疽鈭D沖擊昧沖相關(guān)計PNi(t)相關(guān)圖1多偽碼并行傳輸發(fā)射實現(xiàn)示意圖沖信產(chǎn)高連斂據(jù)始若輸入的數(shù)據(jù)流位持續(xù)時間是7；,經(jīng)串并轉(zhuǎn)換，變成K路并行數(shù)

7、據(jù)流后，每位數(shù)據(jù)的持續(xù)時間是T>有T=KT"K組并行數(shù)據(jù)流中每一路變成了低速率數(shù)據(jù)，然后對每一數(shù)據(jù)支路用一個碼元(chip)寬度為周期為N(N-的PN序列進行擴頻調(diào)制。設(shè)Bi.-l_.JL.KBi為發(fā)送信息位的帶寬，B；=-L是發(fā)送數(shù)據(jù)符號的基帶帶寬,TbT1Tb2是頻譜擴展后的信號帶寬，此時系統(tǒng)的擴頻因子是：Tc(7)不失一般性，考慮任意第i支路，設(shè)P為第i支路接收信號的平均功率，信號帶寬是B2,則其平均功率譜密度是P/B2，其它數(shù)據(jù)流支路對