摘  要： 提出了采用寬帶調制跟蹤環+積分處理的檢測方式對Chirp信號進行解調,并用Matlab進行了性能仿真。仿真結果表明，該方法與匹配濾波器的解調方式性能相當，且該方法實現的電路具有成本低、靈活性強、應用價值高以及易于集成等優點。
關鍵詞： 超寬帶；線性調頻信號；寬帶PLL；相干解調

    超寬帶UWB(Ultra-Wideband)技術是目前無線通信領域中比較先進的技術之一，由于其具有大容量、低發射功率和低成本等諸多優點，在通信、雷達和無線定位等領域具有廣闊的應用前景。有4種方式實現超寬帶技術：（1）基于脈沖無線電（IR）的UWB[1]；（2）基于直接序列碼分多址（DS-CDMA）的UWB[2-3]；（3）基于多載波正交頻分復用（MB-OFDM）的UWB[4]；（4）基于Chirp擴頻（CSS）的UWB[5]。與其他三種形式的UWB相比，Chirp_UWB利用Chirp擴頻技術來實現頻譜的擴展，并且Chirp_UWB信號對頻偏不敏感和不存在峰均功率比(PAPR)，同時Chirp_UWB同樣具有抗干擾能力強、同步實現簡易、發射功率低、傳輸速率高、傳輸距離遠、多徑分辨率高和測量精度高等優點。2006年IEEE802.15.4a工作組最終選擇了CSS技術作為物理層的標準[6-7]。通過增加Chirp信號的帶寬和減小時間寬度T，Chirp信號同樣可以應用于高速的超寬帶通信系統。
    作為大的時間帶寬積信號,它廣泛地應用在通信、雷達、聲納和地震勘探等系統。在這些系統中,Chirp信號的解調與檢測、參數估計和信號恢復是一個重要的研究課題。到目前為止，對于Chirp信號的最佳解調與檢測方法有：基于脈沖壓縮匹配濾波檢測法[8]和基于分數階Fourier變換（FRFT）的參數檢測法[9-10]。前者的實現需要定制專用器件（如聲表面波SAW），其應用時的靈活與通用性較差；而后者由于其運算量過大，需要尋找滿足目前硬件要求的快速算法導致在實際的系統中難于實現。
    針對這些現狀，本文提出了采用寬帶調制跟蹤環與積分處理的檢測方式進行Chirp信號的解調。
1 Chirp信號的特性與BOK調制方式
    Chirp信號可表示為：



    由式(12)可以看出VCO的控制電壓信號與調制的鋸齒信號m(t)呈線性關系變化。設計合理的環路參數使得環路調制跟蹤狀態，通過檢測VCO控制信號，進行數據恢復。實際上利用寬帶調制跟蹤環對Chirp信號進行解調的過程是對線性調頻信號進行去斜率的過程。
    為了提高系統的處理能力，對跟蹤環路中VCO壓控端的控制信號進行積分處理，積分器對信號在碼元間隔時間內進行積分運算，能夠有效地抑制信道中的噪聲和環路中的高頻干擾噪聲，在碼元結束時刻獲得信號的能量峰值，提高系統檢測的性能，有利于后續的抽樣判決電路工作。抽樣判決電路在定時同步脈沖?啄(t)的作用下對積分后峰值信號進行抽樣判決，大于門限值判為數據“1”，小于數據門限值判為數據“0”，這樣就完成了數據解調輸出。對于Chirp_OOK調制時，其判決門限為積分器輸出的一半，而對Chirp_BOK,其判決門限為零。由此可以看出，系統采用Chirp_BOK調制時，系統的誤碼性能優于Chirp_OOK調制3 dB，且門限設置簡單方便。
3 系統仿真與性能分析
    仿真中信息bit速率為2 Mb/s時，發射端的調制方式為Chirp_bok方式，中心頻率為640 MHz，掃頻帶寬為130 MHz，相對帶寬大于20%，符合FCC對UWB信號定義。“1”碼調制正斜率的Chirp信號，“0”碼調制負斜率的Chirp信號。系統中使用一個Chirp信號傳輸一個數據信息比特時，獲得的處理增益約為18 dB。
    圖4～圖6給出了高斯信道中不同信噪比情形下使用本文提出的解調方式得到的各點輸出波形。由圖中可以看出，環路中VCO的控制電壓為正負斜率的鋸齒信號，但是上面疊加了信道和環路中的噪聲，經過積分處理之后，信號的能量在碼元結束時刻獲得聚集，噪聲得到了抑制，有利于抽樣判決。

    仿真結果表明，本文提出的使用寬帶PLL與積分處理的解調方式，不但能夠獲得匹配濾波的解調效果，而且實現簡單、成本低、容易集成，且靈活性好，只要更改相應的參數，就能夠適用不同頻段的Chirp_UWB通信系統。
參考文獻
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