摘 要： 提出了采用宽带调制跟踪环+积分处理的检测方式对Chirp信号进行解调,并用Matlab进行了性能仿真。仿真结果表明，该方法与匹配滤波器的解调方式性能相当，且该方法实现的电路具有成本低、灵活性强、应用价值高以及易于集成等优点。
关键词： 超宽带；线性调频信号；宽带PLL；相干解调
超宽带UWB(Ultra-Wideband)技术是目前无线通信领域中比较先进的技术之一，由于其具有大容量、低发射功率和低成本等诸多优点，在通信、雷达和无线定位等领域具有广阔的应用前景。有4种方式实现超宽带技术：（1）基于脉冲无线电（IR）的UWB[1]；（2）基于直接序列码分多址（DS-CDMA）的UWB[2-3]；（3）基于多载波正交频分复用（MB-OFDM）的UWB[4]；（4）基于Chirp扩频（CSS）的UWB[5]。与其他三种形式的UWB相比，Chirp_UWB利用Chirp扩频技术来实现频谱的扩展，并且Chirp_UWB信号对频偏不敏感和不存在峰均功率比(PAPR)，同时Chirp_UWB同样具有抗干扰能力强、同步实现简易、发射功率低、传输速率高、传输距离远、多径分辨率高和测量精度高等优点。2006年IEEE802.15.4a工作组最终选择了CSS技术作为物理层的标准[6-7]。通过增加Chirp信号的带宽和减小时间宽度T，Chirp信号同样可以应用于高速的超宽带通信系统。
作为大的时间带宽积信号,它广泛地应用在通信、雷达、声纳和地震勘探等系统。在这些系统中,Chirp信号的解调与检测、参数估计和信号恢复是一个重要的研究课题。到目前为止，对于Chirp信号的最佳解调与检测方法有：基于脉冲压缩匹配滤波检测法[8]和基于分数阶Fourier变换（FRFT）的参数检测法[9-10]。前者的实现需要定制专用器件（如声表面波SAW），其应用时的灵活与通用性较差；而后者由于其运算量过大，需要寻找满足目前硬件要求的快速算法导致在实际的系统中难于实现。
针对这些现状，本文提出了采用宽带调制跟踪环与积分处理的检测方式进行Chirp信号的解调。
1 Chirp信号的特性与BOK调制方式
Chirp信号可表示为：
由式(12)可以看出VCO的控制电压信号与调制的锯齿信号m(t)呈线性关系变化。设计合理的环路参数使得环路调制跟踪状态，通过检测VCO控制信号，进行数据恢复。实际上利用宽带调制跟踪环对Chirp信号进行解调的过程是对线性调频信号进行去斜率的过程。
为了提高系统的处理能力，对跟踪环路中VCO压控端的控制信号进行积分处理，积分器对信号在码元间隔时间内进行积分运算，能够有效地抑制信道中的噪声和环路中的高频干扰噪声，在码元结束时刻获得信号的能量峰值，提高系统检测的性能，有利于后续的抽样判决电路工作。抽样判决电路在定时同步脉冲?啄(t)的作用下对积分后峰值信号进行抽样判决，大于门限值判为数据“1”，小于数据门限值判为数据“0”，这样就完成了数据解调输出。对于Chirp_OOK调制时，其判决门限为积分器输出的一半，而对Chirp_BOK,其判决门限为零。由此可以看出，系统采用Chirp_BOK调制时，系统的误码性能优于Chirp_OOK调制3 dB，且门限设置简单方便。
3 系统仿真与性能分析
仿真中信息bit速率为2 Mb/s时，发射端的调制方式为Chirp_bok方式，中心频率为640 MHz，扫频带宽为130 MHz，相对带宽大于20%，符合FCC对UWB信号定义。“1”码调制正斜率的Chirp信号，“0”码调制负斜率的Chirp信号。系统中使用一个Chirp信号传输一个数据信息比特时，获得的处理增益约为18 dB。
图4～图6给出了高斯信道中不同信噪比情形下使用本文提出的解调方式得到的各点输出波形。由图中可以看出，环路中VCO的控制电压为正负斜率的锯齿信号，但是上面叠加了信道和环路中的噪声，经过积分处理之后，信号的能量在码元结束时刻获得聚集，噪声得到了抑制，有利于抽样判决。
仿真结果表明，本文提出的使用宽带PLL与积分处理的解调方式，不但能够获得匹配滤波的解调效果，而且实现简单、成本低、容易集成，且灵活性好，只要更改相应的参数，就能够适用不同频段的Chirp_UWB通信系统。
参考文献
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