引言

目前，超寬帶(UWB)解調方法可歸納為下面三種：一種是構造一個和接收信號差不多的模板信號，然后采用相關方式；另外一種就是采用積分檢波的方式解調出UWB信號；還有一種就是對接收的信號進行A/D轉換，通過抽樣值識別信號。第一種方案實現比較困難，因為ns級的脈沖如果實現相關接收，同步時間必須精確到ps級,這種要求無論是對接收端還是發射端都是一個挑戰。簡單的積分檢波方式抗干擾性能比較差。采用抽樣的方式實現 UWB信號的接收，前提是必須使用高速的ADC，接收機復雜度將會大大增加。本文提出了在射頻前端應用同步控制的選通脈沖，在UWB的信號到來時選通，控制積分信號進入后面的判決電路。這種方式的優點是提高了接收信號的信噪比，同時實現了多址通信。

圖 1 接收機方框圖

圖2 電路仿真圖

新型接收機的結構

傳統接收機的前端都有一個帶通濾波器，來阻止帶外干擾信號和噪聲的進入，從而提高信噪比。但是UWB信號的頻帶比較寬，在這個頻帶內存在很多的噪聲和其它的窄帶干擾信號，采用接收前端加帶通濾波器的方法來提高接收信號的信噪比效果不是太明顯。UWB信號與傳統的窄帶信號不一樣，它是一個時間上不連續、脈沖寬度相對很窄的信號，因此在信號到來時積分實現信號的檢測，在其它時間內屏蔽噪聲和外界的干擾信號，即通過在時域隔離噪聲的方法來提高UWB接收機的信噪比。本文采用簡單的平方檢波方式來實現UWB信號的積分檢測，接收機的方框圖如圖1所示。

由天線接收下來的UWB信號經過一個寬帶放大器后，進入積分檢測電路，在UWB信號脈沖到來時，選通脈沖控制UWB的積分信號進入比較判決電路，實現偽碼信號的檢測判決。判決后的偽碼信號與本地的PN碼相乘后，通過低通濾波器的積分，進入門限判決電路，實現數據的正確解調。在這里選通脈沖對UWB 積分信號的捕獲及同步是本系統的關鍵部分，捕獲過程如下：

1. 脈沖波形積分信號的同步捕獲。如圖1所示，首先由選通脈沖控制UWB的積分信號進入門限判決電路，其中選通脈沖的重復速率和偽碼的速率相同；然后對進入門限判決電路的積分信號電平進行判決，超過判決門限時判為‘1’，否則為‘0’；判決后的信號送到移位寄存器，移位寄存器的長度以所使用的PN碼的特性來設定，在可以正確接收的情況下，移位寄存器可以存儲的偽碼必須包含兩個‘1’，目的是防止在有噪聲進入系統時，系統因誤判決產生誤動作而進入失步狀態。每隔 Tf的時間對移位寄存器讀取一次數據，如果里面存儲的數據含有‘1’的符號，選通脈沖停止移位，認為取得同步；如果全‘0’則控制選通脈沖繼續移位搜索。

2. PN碼的同步捕獲。因為PN碼的周期為pTf，其中Tf為單個偽碼的周期，其中p值較大，要取得較準確的相關，一般nTf<TD<pTf(n 為整數)。顯然捕獲過程開始時，只要脈沖檢波器每幀有相關值輸出，盡管不是同步的最大值，PN碼相位捕獲也可進行，只是檢測概率低些，虛警概率大些。一旦脈沖的時位取得同步，PN碼捕獲的檢測概率就會提高，虛警概率下降，從而取得可靠的捕獲，進入同步跟蹤狀態。當存在多址干擾時，獲得的脈沖積分信號可能是別的用戶信號，所以在獲得脈沖積分信號的時間后，經過一個PN碼的捕獲周期后，仍不能同步控制選通脈沖移位，重復第一步操作，進行脈沖積分信號的搜索，直到獲得同步。因為經過天線接收下來的UWB信號是一個寬度為幾十到一百多ns的多徑信號的疊加，其中，信號的大部分能量集中在連續的幾十個ns以內，所以把選通脈沖的脈沖寬度設定為幾十個ns，目的就是獲取其信號的能量。

性能分析

與波形相關方式相比，同步捕獲容易實現。在采用相同的搜索算法中，假定接收到的信號周期為1ns，如果采用波形相關的方式搜索移位的時間為周期的1/4，即0.25ns，那么采用取其包絡的移位同樣設定為積分信號的1/4，假定包絡的積分時間為80ns，則其步長移位時間為 20ns。在同步跟蹤方面，采用波形相關的方式需要時鐘同步必須精確到幾十ps，但是采用同步包絡檢波的方式只要精確到幾個ns就可以了，硬件更容易實現。

采用時域濾波的方法提高了信號的信噪比。本文所使用的是極窄脈沖信號，是一種瞬間發射脈沖信號的通信方式，可以采用開關方式在時域上屏蔽噪聲和外來信號干擾的方法。在選通脈沖沒有到來時，積分信號接地，阻止外面的干擾信號和噪聲進入后面的判決電路。只有當選通脈沖到來時，外部的噪聲及干擾信號才可以和UWB信號的積分信號進入判決電路。如果不考慮系統本身的噪