基于Chirp扩频的超宽带信号传输性能分析

式中：α是符合对数正态分布的阴影系数；Amax是FCC规定的信号单边功率谱密度P(f)的峰值；G为收发信机功率增益；c为光速；fH，fL分别为UWB信号波形下降到峰值-10 dB时所对应的最高和最低频率值。当a=1时，上述表达式就变为AWGN信道下进行无障碍直射路径传播的信道模型。

在UWB进行较远距离通信时，还有一个要考虑的因素是信号的多径反射。UWB通信时所提供的大带宽对信号有着很大的影响，而且在频率选择性的信道，每个物体对于不同的频率，都会产生一个不同的信号响应。在此考虑了典型的反射信道，即双径传播损耗模型，如图4所示。这种信道模型对于户外开放环境传播比较适合。其中：PTx，PRx分别是无线端的发射功率和接收功率；hr，hR分别是发收信机的天线高度；rd是收发天线间传播直线距离；rr是收发天线间经陆地反射传播的总距离。

这样，可以得到在超宽带下的基于双径传播模型的平均接收功率与传输距离，信号频率之间的关系函数表达式：

式中：R(d，f)是考虑到水平电场极化所附加的菲涅耳反射系数，它与发射角度和反射材料的介电常数e(f)有关：

3系统链路性能仿真结果

这里考虑了覆盖整个UWB频段上(3.1～10.6 GHz)的理想功率谱密度的情况。Chirp-UWB信号在AWGN信道下进行无障碍直线传播。室温为300 K(27℃)，系统余量为5 dB，接收机噪声点数为7 dB，G=1。图5比较了在不同误码率下用Chirp-BOK超宽带进行通信的链路性能。这里的发射功率是超宽带定义范围内最大允许的总功率0.55 mW。

由图5可以看出，随着数据速率的减小，传输距离逐渐增大。当传输速率在100 Kb／s以下时，传输距离急剧上升。另外误码率也对传输距离有一定影响，适当提高误码率，可使传输距离有较大提高。这就需要在具体设计系统时在误码率和传输距离上有个较好的折衷。

表1给出了在AWGN信道直线传播信道模型下不同误码率下Chirp-BOK UWB数据速率和传输距离的仿真数据。

表2给出了在误码率为10-6时对于不同信道模型下的速率-距离仿真数据。其中，收发天线间的高度均为1 m。通过表2仿真数据可知，在Chirp-UWB双径传播信道中，系统的传输距离反而远。这是因为由于双径信道有两个脉冲可用，RAKE接收机与直射传播相比能够获得额外的增益。同时还应该注意到收发天线间的高度也会影响到数据速率和传播距离的关系。

4结语

由于Chirp信号良好的自相关性使得Chirp-BOKUWB系统在AWGN信道下与TH-PPM UWB系统具有相同的可靠性。Chirp信号的频谱能很好地满足FCC对UWB辐射掩蔽的限制，信号具有较高的频谱利用率。设计的基于Chirp扩频的超宽带通信系统功耗极低、结构简单、易于实现，在满足不同误码率的情况下，可以做不同距离的数据通信；同时，使用RAKE接收机能提高系统的传输距离。该系统可以作为超宽带低功耗、远距离、低速率通信的理想选择。

作者：刘博(桂林电子科技大学 通信研究所广西 桂林541004)

来源：现代电子技术