超宽带高速并行传输技术研究

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1、超宽带高速并行传输技术研究王鹏毅匕王西夺'（1.北京邮电大学信息安全中心；2.中国电子科技集团公司第54研究所）摘要主要针对超宽带（UWB）高速数据传输提出了多个伪码并行调制传输的方法，分析表明釆用并行传输可以有效提高超宽带系统的传输速率，降低码间干扰和实际工程处理难度，并对这种方法的性能进行了相关分析，给出了工程实现参考框图.关键词超宽带；高速；伪码0引言超宽带信号采用冲击脉冲信号进行信息传输，由于其占用1GHz或更宽的频率带宽，所以它能够方便的进行信息的高速传输。但是高速信息的无线传输不象低速信息调制传输那么简单,实际实现时，可能会有许多具体技术问题，例如实现芯片的处理速度瓶颈限制

2、、码间干扰问题、多径影响等等，下面我们对超宽带高速数据传输进行分析研究。1超宽带冲击信号的直接调制传输重复周期为h的超宽带冲击信号采用如下表达形式：00s（t）=Ew（t-nTf）（1）n=-co式中，讥t）为单个脉冲的函数，令待传输的高速2-进制数据为d（t）,则根据数据调制的方式不同，可有调制幅度和调制时延相位两种方式。调幅和调相的表达式分别见式（2）和式（3）。$4〃八Ed（t）^w（t-nTf）（2）$p（*）=工w（aTf・d⑴・T］）（3）n=-oo式中，旺是调相方式的时延步进量。这两种是数据传输的基本传输方式，实际传输时因为抗干扰能力比较差，高速传输容易造成码间干扰，所以

3、一般采用直扩方式（DS-UWB）或跳时编码（TH-UWB）方式工作・为了获得更高的扩频增益，有时耍和伪码复合对信号进行调制，这种调制方式的扩频增益等于脉冲扩频和伪码扩频增益的乘积。基于式（2）的一种脉冲幅度伪码复合调制表达式如式（4）所示:lg（4）犷sA^DS-VWB（O•IPNf）"Y式（3）中的PNM是直扩的伪码，显然，由于采用了进一步伪码的扩频方式，数据的抗干扰能力提高了，但是，由于釆用复合扩频方式工作，传输符号速率大大降低，不能满足高速数据传输需要。例如采用Ins的冲击脉冲，脉冲占空比为10%,则采用长度100的伪码（跳时码）扩频后，数据传输速率仅为10Mbps.所以必须釆用

4、其它措施解决高速传输；另外即使理论上能够完成直接高速传输，实际实现会遇到码间干扰和芯片处理的实现瓶颈。2基于多伪码调制的并行传输为了解决高速传输的码间干扰和降低高速数据的处理瓶颈，我们可以釆用并行传输技术，这里提出一种采用多伪码并行传输信号形式，即可以解决高速传输问题，又可以兼顾抗干扰问题。2.1多伪码并行超宽带信号的调制发射如图1所示，传送数据之前，首先将高速数据进行串并转换，将一路高速数据d（t）变为N路并行的低速数据d,（t）（i=l一K）：然后将每一路低速数据分别与对应的伪码PNKt）相乘（模2加），并将它们之和变成多进制数据后再调制冲击脉冲函数・发射信号形式定义如下：，pa・

5、PN(*)=¥【山⑴$PN］⑴］Iw(t-nTf)(5〉式(5)中，PN.(t)是K个准正交的PN码之一；ddt)是串并转换后的其中一路低速数据。为了保证系统正常工作，必须使这K个伪码保持一定的隔离度，或者说，这K个伪码保证一定程度的近似正交・Gold码是能够满足上述要求的伪码组之一，例如，码长1000左右的Gold码可以保证有23dB左右的隔离度。2.2多伪码井行超宽带信号的接收解调多伪码并行传输的接收示意图如图2所示，接收信号含有传输时延和接收机噪声，其归一化的表达式为：rpa-PN(OxZdi(t-T)9PN((t-T)E(6)接收信号首先进行冲击脉冲的相关解扩，解扩方法与前面的

6、类似；脉冲相关解扩后的信号，在与多路伪码分别进行并行相关运算，解调输岀多路并行数据，然后进行并串转换，输出高速数据。2.3多伪码并行传输的性能分析采用如图1和图2所示的多码扩频发送和接收系统，待传输的信息数据先经过串并转换变成并行K路的低速数据流，再用不同的扩频序列进行扩频调制，由于各支路之间保持精确地同步，理论上采用准正交的扩频码时，序列之间的干扰几乎为零。发射数据0—>井$转換PN：(t)相关_►PNK(D相关—►图2多伪码并行传输的接收处理示意图冲击昧冲相关计PNi(t)相关图1多伪码并行传输发射实现示意图冲信产高連敛据始若输入的数据流位持续时间是7；,经串并转换，变成K路并行数

7、据流后，每位数据的持续时间是T>有T=KT"K组并行数据流中每一路变成了低速率数据，然后对每一数据支路用一个码元(chip)宽度为周期为N(N-的PN序列进行扩频调制。设Bi.-l_.JL.KBi为发送信息位的带宽，B；=-L是发送数据符号的基带带宽,TbT1Tb2是频谱扩展后的信号带宽，此时系统的扩频因子是：Tc(7)不失一般性，考虑任意第i支路，设P为第i支路接收信号的平均功率，信号带宽是B2,则其平均功率谱密度是P/B2，其它数据流支路对