基于 PPM-TH-UWB 系统的研究
摘要：首先对 PPM-TH-UWB 技术进行简单介绍，然后构造了该系统的数学模型，并在此基础上研究了影响系统的性能的因素，并分别针对单用户和多用户情况进行了仿真研究。
关键词：PPM-TH-UWB 系统；跳时技术；UWB 技术中图分类号：TN929.5；TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1673-1131（2015）10-0028-02.
1 PPM-TH-UWB 技术简述
所谓调试超宽带技术是将跳时技术与超宽带信号相融合，指利用脉冲信号占空比很小的特点，将每一个发射的信息比特时间都分成 L 个脉冲持续时间（也或者是脉冲重复周期或者帧周期），然后将每一个脉冲重复时间都划分成N个码片时间（这里的码片时间表示最小的时间单位），接着每个用户利用各自对应的并且相互独立的随机跳时序列在N个码片时间中选择一个作为发射信号的脉冲发射位置。
PPM-TH-UWB（也称为基于脉冲位置调制的跳时超宽带）技术，直观来说是在跳时超宽带（TH-UWB）技术的基础上加上PPM 调制，也就是将经过跳时序列的信号根据发送信号的不同来进行PPM移位，也是这三种技术的融合，这样可以有效地抑制经过脉冲幅度调制后的信号的离散谱线，并达到平滑信号频谱的作用。所以基于 PPM-TH-UWB 的研究是有意义的。
2 PPM-TH-UWB 系统
PPM-TH-UWB 系统模型如图 1 所示。
图 1 PPM-TH-UWB 系统模型
可以看到，TH-UWB 系统模型与 CDMA 系统模型宏观上 基本一样，但是实际上从发射机开始就已经不同了。由于 UWB不需要正弦波作为载波，所以设备简单，同时利用脉冲信号进行扩频，使得信号的传输速率大大提高，理论研究上优于CDMA。
由图1可知，信号在经过发射机后变成，通过信道成为r(t)，即：
（1）其中，K 表示系统中所含有的用户数，Sk(t) 表示每个用户所发射的信号。
当其经过相关检测器后信号可以表示为：
（2）其中 SEFF表示接收信号中的期望用户的信号，NMAI表示多址干扰，亦即其余用户信号对期望用户信号的干扰，NAWGN 表示加性高斯白噪声干扰。
由此可见，在PPM-TH-UWB系统中仍然存在多址干扰的影响，但是由于一个信息比特是利用多个脉冲波形进行传播的，所以较 CDMA 有良好的抗多径效应性，而且通过式（2）也可以看出，在跳时超宽带系统中研究多用户检测也是很有必要的。
3 仿真结果及分析
图 2 表示的是单个用户发射TH-UWB的信号，可以看出该信号序列为[1 0],且扩频码序列为[2 1 1 2 1]，也就是一个比特信息由五个脉冲信号传输，而跳时序列则是在 0 到 2 区间内，同时所采用的跳时码的周期为 5，与信号重复次数相同。同时可以看出在 TH-UWB 系统中，传送信息比特 0 与 1 的区别在于 PPM是否引起了脉冲在一个码片时间内的位置移动，若没有移动则 图 3 PPM-TH-UWB单个用户在Ns不同的情况下的性能比较由图 3 可见，随着信噪比的增加，三种 Ns 情况下的系统误码率都在下降，并且随着重复编码次数 Ns 的增加，系统的性能得到改善。在Ns=3 和Ns=5 的情况下，当信噪比大于 6dB时，误码率曲线的值没有给出，这是因为在此时所给定的信噪比情况下，其仿真值为 0。但是由于 Ns 越大，表示发送的信息比特重复的次数越多，则计算复杂度越高，所以在研究中考虑到计算复杂度的问题，一般情况下取 Ns=3。 图4 PPM-TH-UWB单个用户在采用不同判决方式下的性能比较图 4 表示的是在单用户情况下，若接收机采取不同的判决方式时，其系统性能的比较。其中图中的 HDSD=1 表示的是接收端采用硬判决方式，而 HDSD=2 则表示的是软判决情况，从图中可以看出，随着信噪比的增加，两种判决方式下的系统的误码率都在减小，但是采取软判决的系统性能明显要优于硬判决的性能，并且可以直观的看出在相同误码率的情况下，软判决较硬判决有大约 1dB 的优势。
图 5 表示的是在系统中干扰用户数不同的情况下，PPMTH-UWB 系统的误码率性能，由图可以知道，当信噪比较低时，尽管干扰用户数不同，但是其误码率性能相差不大，但是随着信噪比的增大，干扰用户数越多其系统性能越差，可以知道，在信噪比低时，影响系统性能的主要是系统的噪声，而当 信噪比高时，多址干扰成为了影响系统性能的主要元素，干扰用户数越多，多址干扰越大，系统的误码率性能越差。 图6 PPM-TH-UWB系统在单用户和多用户情况下的性能比较图 6 反映的是系统中分别存在单个用户和多个用户的时候，PPM-TH-UWB 系统性能的比较。从图中可以看出，当系统中只存在一个用户时，其主要受噪声影响，随信噪比的增加性能改善，而当存在干扰用户时，系统性能显然比单用户情况下差，这主要是因为多址干扰的影响，所以一般情况下多用户检测算法的好与坏主要是与单用户情况下系统性能相比较，这时的单用户系统性能可以作为多用户检测算法所追求的目标。
4 结语
超宽带系统作为短距离无线通信系统的代表性技术有着广泛的研究意义。本文中着重介绍的是基于 PPM 的TH-UWB系统，通过仿真可以看出在UWB系统的性能主要受脉冲复制周期的影响，同时在 UWB 多用户系统中仍然存在多址干扰，故如何消除多址干扰是未来的研究方向，对提高系统性能有很重要的意义，可以从跳时码的方面出发，例如多用户检测或者提高跳时码的正交性等。
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