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52090字硕士毕业论文多用户快速无线电超宽带传输结构的开发与应用

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:52090字
论点:脉冲,系统,发射
论文概述:

本文是无线电论文,主要论述了一款适用于多用户通信、高数据率传输的室内短距离无线通信环境下的多用户高速 IR-UWB发射芯片。该芯片采用基于高斯脉冲导数的脉冲波形跳变多址调制实现多

论文正文:

第一章引言

1.1研究背景
超宽带技术是一个新旧研究领域。旧的说法是早在1887年,赫兹通过电火花发射器产生了第一个超宽带信号。其特点是对脉冲降雨脉冲的发明和研究,脉冲降雨脉冲持续时间极短,频谱范围宽,[1]。超宽带技术已经广泛应用于雷达和遥感等国防军事领域。超宽带技术的商业应用始于2002年。美国联邦通信委员会(FCC)规定,民用超宽带通信可以使用0-960兆赫和3.1千兆赫-10.6千兆赫两个频带。在这两个频带中,超宽带射频信号的辐射功率密度谱严格限制在-41.3分贝/兆赫1.2国内外研究现状以下。

[2]

目前学术界对多用户超宽带系统的电路实现研究主要集中在采用跳频多址调制、跳频多址调制、双载波正交频分复用、正交频分复用等超宽带发射机上:新加坡南洋理工大学开发了一种3-5GHz多信道超宽带发射机。载波高斯脉冲波形用作超宽带射频波形。不同的用户使用不同的载波频率进行超宽带传输。发射机芯片每比特能耗为49pJ/脉冲,符号传输速率达到40.5兆赫[9]。东南大学段继海、王志红总结了TH-UWB基带信号收发系统的设计方法,开发了一种功耗为12.3毫瓦、载频为3.8769毫瓦、输出幅度为65毫伏、电源电压为1.8伏、系统最大传输符号率为54兆比特/秒的TH-UWB无线传输系统[10]。复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室陈云峰等人开发了一种采用双载波正交频分复用技术的6 ~ 9千兆赫超宽带无线收发器。超宽带无线电收发器已经接收到8个无线电信号。后来,由于当时技术的限制,通信系统的焦点转向具有载波连续信号时间的窄带系统。超宽带技术的创新在于,直到20世纪90年代,随着数字处理技术和时间跳变(在时间跳变频带的子载波频率之间跳变以实现多址接入)的发展,射频收发器系统在1.2V电源电压下的最大电流为420毫安[11]。
...................

第二章红外超宽带技术理论研究

2.1红外超宽带射频信号波形研究
因此,超宽带信号的选择和产生非常灵活。业界主要有两种超宽带系统:一种是使用空比值为100%的基带信号作为信息载波的超宽带系统,典型代表是正交频分复用(正交频分复用)超宽带系统和直接序列(DS)超宽带系统;另一种是发射窄脉冲的脉冲无线电超宽带系统。正交频分复用-超宽带系统需要复杂IFFT基带数据转换和高性能频率合成器,以将基带数据的频谱扩展到相应的子带[6,7];直扩超宽带系统需要高性能、高频的M序列发生器来完成基带数据的扩频[1,8]。可以看出,正交频分复用超宽带系统和直扩超宽带系统都需要复杂的基带数据转换,电路复杂度较高。此外,由于空的信噪比为100%,信号混叠容易在室内密集多径环境中发生,不适合室内短程多用户高速无线通信场合。因此,采用基于发射窄脉冲的红外超宽带系统作为室内短程无线通信的解决方案。

2.2红外超宽带调制研究
超宽带脉冲本身不携带信息,因此有必要通过调制技术将待传输的信息加载到超宽带脉冲上,以实现用户信息的有效传输。红外超宽带调制根据其携带的信息可分为数据调制和多址调制。数据调制是将用户数据加载到超宽带脉冲上的一种方式,而多址调制研究如何让更多的用户共享有限的频谱资源。

第三章多用户高速脉冲无线电超宽带传输系统解决方案..............................22
3.1多用户高速脉冲无线电超宽带传输系统的总体架构..........................................22[/比尔/] 3.2超宽带脉冲波形模拟.............................23
第四章脉冲波形跳变超宽带发射芯片的研究与设计.........................................25
4.1伪随机码发生器..............................25[/溴/] 4.2脉冲波形跳跃调制器..............................26
第五章芯片布局设计和后仿真结果................................43
5.1脉冲波形跳变超宽带发射芯片布局设计......................................................43
5.2系统指数测试.........................................44

第五章芯片布局设计和后仿真结果

5.1脉冲波形跳变超宽带发射机芯片的布局设计
本课题采用标准的0.18μm CMOS工艺实现布局。该芯片集成了伪随机码发生器、脉冲波形跳变调制器、高斯脉冲发生器和超宽带功率放大器。芯片布局的布局如图5-1所示。模块布局按照信号从左到右传输的规则进行,伪随机码发生器、脉冲波形跳变调制器和高斯脉冲发生器为数字电路,电路的输入CLK、数据和输出信号V4、V5、时钟和PN为数字基带信号,超宽带功率放大器属于模拟电路,输出PSH超宽带输出射频信号。芯片中使用了两种电源,即数字电源DVDD和数字接地DGND、模拟电源AVDD和模拟接地AGND,它们分别向数字电路部分和模拟电路部分提供电源电压。数字电源、地、模拟电源和地在芯片中是分开的,并且分别连接到它们各自的焊盘引脚。然后,数字电源通过PAD引脚连接到模拟电源,数字地连接到模拟地,从而避免高速数字信号对模拟电路的串扰,提高电源的稳定性。

5.2系统指标测试
由于PSH-超宽带传输系统核心电路的脉冲发生器采用全数字实现模式,具有间歇和触发工作状态,几乎没有静态功耗,这使得传输系统的整体功耗非常低。后仿真结果表明,PSH超宽带传输系统的单位比特能耗仅为10pJ/脉冲。如表5-1所示,后仿真结果表明,发射机芯片达到了预期功能,性能良好。目前,该芯片已经流式传输,有待测试。由于现有文献中对利用PSH多址调制实现多址的红外超宽带传输系统的研究仍处于理论验证阶段,电路实现将与现有电路实现的其他相关文献进行比较,结果见表5-2。文件[9]使用多信道进行多址接入,每个信道的带宽为500兆赫,分布在3.1-10.6千兆赫的超宽带频谱范围内。
……

总结与展望

本课题研究并设计了一种适用于室内短程无线通信环境中多用户通信和高数据速率传输的多用户高速红外超宽带发射机芯片。该芯片利用基于高斯脉冲导数的脉冲波形跳变多址调制实现多址,并利用脉冲位置调制进行数据调制,生成包含用户识别码信息和用户数据信息的PSH超宽带射频信号。本文从多址调制方式和射频信号脉冲波形的选择和传输两个方面对多用户高速红外超宽带传输芯片进行了研究、比较和总结。在此基础上,建立了多用户高速红外超宽带传输系统方案,并对传输系统进行了芯片电路设计与仿真、芯片布局设计、芯片布局规则检查和后仿真测试。设计的芯片基于0.18μm的CMOS工艺,MPW芯片已经完成。本课题的具体工作如下:
(1)广泛研究国内外超宽带相关文献,重点研究红外超宽带射频信号波形及其产生模式、红外超宽带系统数据调制和多址调制模式。在对上述内容进行比较和归纳的基础上,提出了一种多用户高速红外超宽带传输系统的系统解决方案,并建立了一种基于高斯脉冲导数波形的新型脉冲跳跃波形红外超宽带传输系统框架和关键电路的性能指标。
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参考文献(省略)