FPGA超宽带脉冲发生器的设计(3)

菜单

1)通信信号的相对带宽大于等于0.2，这里的带宽指的是-lOdB带宽；

2)信号带宽大于等于500MHz，而不管相对带宽是多少。

(1)占空因子

占空因子（又称占空比）即脉冲出现的时间与总的传输时间之比，如图1.1所示。

低占空因子脉冲示意图占空因子的数学定义如下：

占空因子= (1-1)

低占空因子使得了超宽带通信系统的平均功率会很低，平均发射功率可以达到微瓦这一数量级，这一值大约是普通蜂窝电话发射功率的千分之一。但是，单个超宽带脉冲的峰值或者说超宽带脉冲的瞬时功率会相对较大，然而因为它们的发射时间是纳秒级别的，这就导致平均功率会非常小。

(2)绝对带宽和相对带宽

通信基本原理指出，时域中的宽度和频域中的宽度是一组互成倒数关系的数值。因为超宽带脉冲具有极低的占空因子再加之超宽带脉冲的时域宽度也极小，这使得在频域上超宽带脉冲的分布宽度会很大，与此同时超宽带脉冲拥有极低的功率谱密度。相对带宽的定义如下：

相对带宽= (1-2)

式中表示信号的中心频率，和分别代表脉冲在-lOdB点的最高截止频率和最低截止频率。

1.3 UWB技术的优势

在对超宽带基本概念有了一定的了解之后，我们需要了解下超宽带相对于普通无线通信技术的优势。

(1)共享频谱的能力

按照美国联邦通信委员会规定的发射功率(-41.3dBm/MHz)，超宽带的功率谱密度低于噪声，这就意着超宽带脉冲几乎影响不到现有的窄带无线通信系统，从而超宽带脉冲就可以和这些窄带无线通信系统共存。在当前可用频段越来越有限的状况之下，超宽带技术的特点和优势给出了一个解决了共享频谱的难题新方法。

(2)大信道容量

根据香农公式：

C= Blog2(I+S／N) (1-3)

虽然对于超宽带系统而言，信噪比通常是非常低的，但是由于信道容量与信噪比仅为对数关系，而与信号带宽成正比，因此，带宽很大的超宽带无线通信系统在信噪比比较低的情况下仍能保证很大的信道容量。在短距离尤其是lOm范围以内的超宽带系统的传输速率至少为1OOMb/s，这一传输速度是当下任何无线通信设备都无法达到的。加之许多实验呈现出的现象显示，在短距离无线通信领域，超宽带技术具有着无与伦比的大信道容量优势。

(3)隐蔽性

超宽带无线通信系统，因为它的发射功率极低，所以对检测和截获具有天生的免疫能力。正是由于这种低发射功率，使得窃听者与信源发射机的距离必须非常近(大约1m)才能捕捉到发射信息。除此之外，由于超宽带系统具有极低的占空系数，若窃听者不知道脉冲的精确到达时刻，那么他基本不可能检测到超宽带脉冲，而这一到达时刻往往精确到纳秒级别。如此一来，超宽带通信系统对安全性有了足够的保证，而这对于军事通信来说是必不可少的。

(4)抗多径衰落

在常规无线通信中，所使用的射频信号大部分是连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，而大量多径分量的交叠会导致严重的多径衰落，极大程度上抑制了通信的质量和数据传输速率。然而，超宽带无线通信发射的脉冲具有持续时间极短，占空因子极低的特点，并且在接收端，在时间上可以对多径信号做到有效分离。具体的说，就是脉冲到达直接路径和脉冲到达反射路径时域之间的差距会比脉冲宽度还要大，所以直接路径的脉冲通过接收窗口之后，就自然不会被各反射路径的脉冲干扰，如图1.2所示。