TRPC-UWB通信系统基于不同调制方式的性能分析

为了克服传统TR系统因延迟线过长而在实际中难以实现的问题,传输参考脉冲簇(Transmitted Reference Pulse Cluster,TRPC)系统作为传输参考(Transmitted Reference,TR)系统的一种改进方案,成为一种颇具潜力的非相干超宽带(Ultra-WideBand,UWB)通信系统。TRPC系统最初采用二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)的调制方式,虽然基于这种调制方式的TRPC系统性能已明显优于传统TR,但是为了满足不同应用场合在复杂度及成本方面的要求,有必要进一步研究多种调制方式在TRPC系统中的性能。因此,以OOK、BPSK-PPM及BPSK三种调制方式为研究对象,分析、比较它们在TRPC系统中的性能。理论分析以及MATLAB仿真结果表明,在实现TRPC系统时,需要根据复杂度、成本及误码性能等方面的要求选择合适的调制方式。

一种基于OOK调制的电容型数字隔离器

针对高速电容型数字隔离器在"低速"应用下的高电流消耗问题,基于TSMC 180nm BCD工艺设计了一种基于OOK调制的低静态功耗全差分数字隔离器结构.通过发送机的逻辑控制电路产生的三组开关信号及振荡器模块产生的载波信号,提出的结构实现了对输入信号的调制.在传输信号频率变化时,基于跨导线性环结构的中点电位偏置电路将差分信号的直流电压均稳定在VDD/2附近,从而有效避免接收端直流电平衰减造成的误码.经由前置放大器放大后,接收端信号通过双阈值比较器完成解调.PVT仿真表明,在输入电源电压3~5.5V范围内,均可实现最高10Mbps传输速率,典型传输延时为13ns;典型情况下静态功耗仅为1.3mA,在1Mbps及10Mbps速率下的典型动态功耗分别为4mA及4.8mA.此设计支持多通道扩展,可通过共享内部振荡器及偏置模块进一步减小单通道平均功耗;此外隔离器在最高10Mbps输入PRBS(Pseudo-Random Binary Sequence)码下仍可准确解码,证明了此结构具有较强的传输鲁棒性.

大气湍流下圆偏振调制性能研究

结合孔径平均技术,研究了湍流和瞄准误差联合效应信道下圆偏振移位键控(CPOLSK)调制的误码率和中断概率性能。基于Meijer G函数,推导了CPOLSK调制误码率和中断概率的闭合表达式;仿真研究了归一化波束宽度、归一化抖动标准差以及接收孔径对系统平均误码率、中断概率的影响,进行了数值分析,并与开关键控调制(OOK)的误码率进行了比较;通过蒙特卡洛仿真,对基于偏振调制的自由空间光(FSO)通信系统性能的数值分析结果进行了验证。结果表明:同一条件下,CPOLSK调制的误码率性能优于OOK调制;归一化波束宽度对系统性能的影响是非线性的,存在最优值;随着归一化抖动标准差的增大,系统的性能会下降;增大接收孔径尺寸,可以有效地提高系统的性能。研究结果对FSO通信系统的设计具有实际指导意义。

不同调制方式下光空时网格码性能分析

空时网格码具有满分集和高编码增益,将其应用于大气激光通信系统中可以有效克服大气湍流对光通信系统的影响。在描述了湍流信道和光MIMO系统模型后,结合开关键控调制(OOK)、脉冲位置调制(PPM),分析采用不同调制方式下光空时网格码的误码性能,并通过蒙特卡洛仿真(Monte Carlo)进行性能分析。结果表明,在发射光功率相同的条件下,相对于OOK调制,PPM调制具有更高的光功率利用率,且当发射天线数固定时,光空时网格码的误码率随着接收天线数的增加而降低。

电容隔离式栅极驱动电路设计

针对功率半导体器件不断提升的开关频率和工作电压等级使得传统的栅极驱动电路面临着传输延时长、共模瞬态抑制能力(CMTI)不高等一系列缺点,设计了一种电容隔离式的栅极驱动电路,该驱动电路分为低压侧发射端和高压侧接收端2个部分。提出了一种预放大器结构可增强栅极驱动电路的抗噪声能力;也提出了一种改进型包络解调结构可有效降低信号解调的脉冲宽度失真。后仿真结果表明:此栅极驱动电路的CMTI能力高达100 kV/μs,信号典型传输延时为77 ns,脉冲宽度失真为2 ns。

振动波井下通讯技术

为了克服传统井下通讯方法的不足,提出一种振动波井下通讯技术,开发了振动波井下通讯系统,进行了现场试验,并将该技术应用于分层注水。理论和实验研究表明,油套管振动波传输呈通阻带交替分布,据此制定了多基频传输策略,采用开关键控调制和曼彻斯特编码方式对振动信号进行处理,将控制信息加载到振动波。研发了振动信号发生系统,实现电能到振动波能量的可控转换。研发了振动波接收解码系统,以微振加速度传感器作为信号拾取元件。设计了振动波井下远程传输测试系统,并进行了井下通讯现场试验,验证了振动波井下通讯技术的可行性以及通讯系统的准确性和可靠性,得到了套管振动波信号的衰减特性。该技术已成功应用于分层注水,在井筒控制领域有广阔的应用前景。

基于混频偏置合成的高速太赫兹无线通信系统

提出一种基于载波抑制混频与载波偏置功率合成的高速太赫兹无线通信方案。发射端利用载波抑制混频器和载波偏置功率合成在140 GHz载波上实现了开关键控(OOK)调制;接收端利用包络检波接收器进行检波接收。分别开展了不同混频本振功率及偏置功率下的检波响应实验、不同基带信号功率及偏置功率下的检波响应实验,以及不同输入功率下的检波响应实验。实验结果对OOK调制器设计,以及OOK类通信系统的优化均具有较好的指导意义。最后,利用优化的系统参数在70 cm距离上实现了140 GHz,16 Gbps的无线通信,系统误码率(BER)优于10^(-5)。

LED照明通信系统的设计与实现

设计了一款用于室内点对点单向无线传输的光通信系统。该系统采用白光LED作为传输载体,STM32作为主控单元,开关键控驱动作为基本调制方式,在满足室内照明的前提下,设计了发射与接收装置电路、LED调制发射电路、接收解调电路、信号放大电路、电源模块电路。制作的样机系统最终实现了对26个字母连续每隔1s传输1000次,传输记录140cm、误码率为零的测试。

基于编码和干涉效应的可重构UWB信号产生

提出了一种基于不同编码方案和马赫-曾德尔干涉(MZI)效应的可重构超宽带(UWB)信号产生方案。仿真和实验结果表明,仅仅通过改变编码器的编码规则,即可实现正、负高斯单边带(monocycle)脉冲和正、负近似高斯双边带(Quasi-doublet)脉冲。

移动场景下一种可见光通信系统的设计与实现

与传统无线通信技术相比,新兴的无线通信技术——可见光通信(visible light communication,VLC)具备照明和通信双重功能,因具有不占用无线电频谱,没有电磁干扰和辐射等优点而受到广泛关注。在已有的可见光通信技术研究的基础上,对可见光调制和编码方式进行了进一步研究,提出了一种发光二极管(light emitting diode,LED)光源布局方式并设计了专门的驱动电路,实现了大范围的可见光覆盖,设计并实现了基于移动场景下的可见光通信系统。在可见光发送端距离接收端3 m的情况下,实现了接收端在移动状态下的灵敏接收(接收时延200ns),可见光通信速率可达到0.5 Mbit/s,有效光覆盖范围达到5 m×5 m。

基于商用蓝光LED的深海高速无线光通信系统

针对激光二极管(LD)光源光束窄、发散角小、出光功率受阻和对准困难等问题,提出了一种基于商业蓝光发光二极管(LED)的深海高速无线光通信系统,并对系统在10 m、50 m的一类海水信道中分别进行实验与仿真。结果表明:为了保证系统误码率低于10^(-3),当水下信道长10 m时,数据传输速率可达500 Mb/s;当水下信道长50 m时,数据传输速率可达20 Mb/s。

基于可见光的音频数字传输系统

文章针对可见光音频模拟传输通信系统中抗干扰能力差以及LED频闪问题,设计了基于可见光的音频数字传输系统。介绍了可见光数字调制原理,设计了可见光通信系统的发送端和接收端电路,并通过实验测试验证了系统的性能。

不同电池利用率模型下OOK信号能耗性能

目前,对于无线传感网节点能量受限问题的研究,主要以平均每bit电池能耗作为性能评价标准.以电池供电的采用开关键控(on-off keying,OOK)调制的发射机为研究对象,考虑基于瞬时放电电流(instaneous discharge current,IDC)与平均放电电流(average discharge current,MDC)两种非线性电池利用率模型,在瑞利信道中保证指定误码率的条件下,推导两种模型下电池能耗性能的解析表达式.在此基础上理论分析了归一化电池利用率因子和节点距离对电池能耗性能的影响,并用仿真实验验证了两种电池利用率模型下的能耗均随归一化电池利用率因子和节点距离的增大而增大.基于IDC的电池利用率模型对应更大的电池能耗.当归一化电池利用率因子和节点距离较大时,两种模型的能耗显著高于理想电池.当γ=0.015,d=90 m时,基于IDC电池利用率模型的能耗相比理想电池增加了近60%,而基于MDC电池利用率模型的能耗增加了25%.

基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机设计与评估

根据水下可见光通信长距离传输的需求,对水下光通信信道进行建模仿真,并设计了一种基于数字信号处理的高灵敏度水下光通信发收机。在发收机中采用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)进行开关键控(OOK)调制、编码以及有限长单位冲激响应滤波器滤波(FIR)、自适应门限判决、滑动均值滤波等数字信号处理手段提高系统信噪比及误码性能,并在不同水质环境中进行水下光通信实验,对整体通信系统进行误码率分析,验证系统性能。实验结果表明,在满足误码率等于10^(-6)条件下,接收机灵敏度可以达到-38 dBm。实验证明该通信系统在码速率5 Mbps、误码率10^(-6)条件下在Ⅰ类水质中传输距离达到20 m,Ⅱ类水质中传输距离10 m,Ⅲ类水质中传输距离可以达到4.5 m。

便携式点对点可见光通信终端的实验研究

利用开关键控-非归零码（OOK—NRZ）调制编码技术，设计并实现了一对基于ARM7处理器（LPC2148）的便携式点对点可见光通信（VLC）收／发终端。发送端由编码器、光源驱动器及单个白色发光二极管（wLED）构成，接收端由可见光探测器、信号处理电路及解码器构成。实验研究了WLED的发射谱和可见光探测器的响应谱，测试分析了VLC信道的时域和频域的电一光一电（EOE）响应。阐述了系统结构和原理，编写了通信软件并制定了相关协议，实现了系统的软、硬件集成。利用研制出的通信装置，建立了点对点通信链路，并开展了数据通信实验。结果表明，在发送端，为了最大化地降低误码率（BER），WLED的调制系数应设置为0．68～1．00，即在一定的交流调制信号幅度下，需要向WLED提供合适的直流偏置电压；在接收端，在一定的阈值判决门限电压下，VLC传输呈带通特性。在所优化选择的系统参数下，系统的通信距离为0．5m，可达到的最快信息传输速率约为4Mbps，BER小于10^-6。利用多个WLED构成阵列光源，系统可进一步满足更长距离的通信需求，从而在室内、外短途通信方面具有潜在的应用价值。