基于Matlab实现UWB的频谱规划和配置技术方案研究

✅作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，修心和技术同步精进，matlab项目合作可私信。

🍎个人主页：Matlab科研工作室

🍊个人信条：格物致知。

更多Matlab仿真内容点击👇

智能优化算法       神经网络预测       雷达通信       无线传感器        电力系统

信号处理              图像处理               路径规划       元胞自动机        无人机 

⛄ 内容介绍

UWB是在辐射波形基础上定义的，它的概念首先由美国军方于1990年提出其定义的特征是信号的相对带宽(Fractional Bandwidth)大于25%的任何波形。这里，信号的相对宽度是指2(fH-fL)/(fH+fL)，其中fH表示信号高端频率，fL表示信号低端频率，(fH-fL)表示信号带宽，即：

式中：fC=(fH+fL)/2，为信号的中心频率。

2002年2月14日，美国FCC修订了第15标准(Part 15 rules)，它是管理包括UWB设备在内的使用非授权频段的无线设备标准。在FCC的指导下，对UWB的使用提供了在短距离(<10m)、低发射功率(EIRP<-41.3dBm/MHz)，有极高的容量(几个Gbps)的要求。

2002年4月，FCC给出了UWB的2种定义：第一种定义是对军方定义作了2点修改，1.信号带宽指10dB带宽，2.信号相对带宽大于等于0.2；第二种定义是如果一个信号的10dB带宽大于等于500MHz，不管它的相对带宽多少，都可以认为它是UWB信号。

UWB只是从信号带宽的角度定义无线电信号的，因此有多种不同的实现方式。其中最典型的是脉冲无线电(IR)。UWB技术直接发射IR串，此时发射信号可看成基带信号，也可看出RF信号。UWB信号的带宽主要由脉冲波形决定，由于脉冲宽度很窄，所以频谱很宽。UWB信号与其他无线通信信号的比较如图1.1。

一、 UWB的频谱规划

不论在世界范围还是在地区范围，无线电频谱是有限的资源，无线电业务所使用的频谱有ITU-R和各国管理机构进行规划和管理。为了最大限度地减少有害干扰，通常频谱被分成若干频带。在全球或地区范围，ITU-R为每个所划分的频带指定一种或多种无线电业务。每个国家会根据国家的需要为无线电业务划分频带，通常会与ITU-R协调一致。

多种无线电业务可以依据主要和次要业务不同的保护需求和特点实现频谱共享。主要业务要求对自己保护，不受干扰。次要业务要求不对主要业务产生有害干扰，并无权要求免除主要业务对自己干扰，但可以要求免除其他批准日期较晚的次要业务对自己干扰。

无线电设备通常需核发执照，但某些功率低的设备依据“不产生干扰，不受保护”的原则，在不核发执照的情况下工作。不核发执照的无线电设备通常工作在特定频段且需要遵守严格的辐射标准。UWB就属于此类。

二、UWB脉冲信号

​窄带脉冲信号的要求

超宽带脉冲信号的产生一般要满足一下几个要求：

1.脉冲宽度窄；一般小于1ns；

2.优化脉冲波形，不同波形的频谱特性有很大不同，因根据实际应用来选择；

3.提高脉冲重复频率，以实现高速率数据传输；

4.脉冲时间、位置、幅度，以适应PPM或PAM需要；

5.辐射功率可控，能限制在频谱掩蔽下；

6.稳定输出，保证解调、捕获和同步的准确性；

7.信号产生器应易于实现。

⛄ 部分代码

alpha=0.714e-9;

A = 1;                            

smp = 1024;                       %采样数

Tmin = -4e-9 ;                    

Tmax = 4e-9 ;                     

t=linspace(Tmin,Tmax,smp);       

pulse=-A*exp(-2*pi*(t/alpha).^2); 

F=figure(1);

set(F,'Position',[100 190 850 450]);

subplot(4,4,1);

PT=plot(t,pulse);

axis([-2e-9  2e-9  -1 1]);

set(gca,'XTick',0);

set(gca,'XTickLabel',{});

for i=1:15

    % i阶导数

    derivative(i,:) =  waveforms(t,i,alpha);

    % i阶导数的归一化幅度

    derivative(i,:) = derivative(i,:) / max(abs(derivative(i,:)));

    subplot(4,4,i+1);

    PT=plot(t,derivative(i,:));

    axis([-2e-9  2e-9  -1 1]);

    if(i < 12)

        set(gca,'XTick',0);

        set(gca,'XTickLabel',{});

    end

    if(mod(i,4) ~= 0)

        set(gca,'YTickLabel',{});

    end

end

h = axes('Position',[0 0 1 1],'Visible','off');

set(gcf,'CurrentAxes',h);

text(.5,0.02,'Time[s]')

text(0.05,0.4,'Amplitude [V]','Rotation', 90);

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

⛳️ 代码获取关注我

❤️部分理论引用网络文献，若有侵权联系博主删除

❤️ 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料