第三章ＵＷＢ翻日Ｄ系统源脉冲波形优化设计３。４设计例子前两节得到的优化结果和数值算法适用于任何ＵＷＢ通信系统。只要我们首先通过模拟或测量的办法得到描述系统特性的传输函数，就可以应用它们进行脉冲的优化设计。在这一节，我们将给出一个ＵＷＢ脉冲传输系统的设计例子。首先，为方便讨论，我们将ＵＷＢ系统概括为三个组成部分：信号源、负载和天线。然后，使用时域有限差分（ＦＤＴＤ：６刀ｉｔｅｄｉ月七ｒｅｎｃｅｔｉｍｅｄｏｍａｉ血）三维电磁仿真以得到必需的系统传输函数，并开发州以ＪＬＡＢ程序以进行数值计算求解积分方程，得到优化的源脉冲波形。最后，我们比较了优化脉冲波形和一些常见脉冲波形，包括高斯（０胡朋１题）脉冲、调制高斯（ＭＯｄｕｌｔａｄＧａｅｓｓｕｉｎ）脉冲和瑞利（ａ釉ｙｌｄｇｈ）脉冲在该系统中传输性能的差异，验证了脉冲优化设计方法的有效性。系统配置如３ 一２）所示，其中发射机和接收机的分开距离为Ｌ＝４０ａ（０ｎｕ，并且平行地以天线面对面的方式放置。收发天线为两个相同的平面椭圆形偶极子天线，如图３一２助所示，该类型天线具有非常好的宽带工作性能【１７２１。发射天线由内阻２５＝５０。的电压信号源（Ｇｅｎｒｅｔａｏｒ）驱动，接收天线端接负载为几二５０Ｑ。我们取信号源的开路输出电压作为源脉冲Ｐｓ（），取接收天线端接负载上的电压ｔ为接收脉冲ｐ：（），接收机天线位置处的电场强度为辐射脉冲ｐ：（ｔ）（ｔ乘以单位长度进行量纲统一）．辐射传输函数刀臼的和接收传输函数万心切的幅度（单位：Ｂ）显示在图３ｄ一３）中，万议ａ（５（力的相位，即棍（力（单位：弧度），以及它的导函数（单位：纳秒）显示在图３一３伪）中。工作频带选择为美国联邦通信委员会（ｃｃ）Ｆ规定的ＵＷ卫频带，其下限频率为人＝３．ＩＧＦ匕，上限频率为寿＝１．０６０Ｅ比。脉冲的持续时间选择为Ｔ＝１．ｏｎｓ。频域和时域的采样间隔分别确定为：山＝０．００２ｎｓ，丫＝０．４１０ＧＦ比。源脉冲ｐ，）的能量（以单位阻抗为参考）指定为Ｋｔ（ｓ二１０一Ｊ。则得到的Ｐｓ（）的优化结果和相应得到的接收脉冲儿（ｔ）分别显示在了图３ｔ峨ａ）和图３一５中。其相应的辐射脉冲ｐ：（ｔ）的功率密度频谱（ＰＤｓ：卯叭七ｒｄｎｓｅｉｙｔｓｅｐｃｔｍ）几（Ｕｒ力（以自由空间波阻抗为参考）显示在图３石中（注：其幅度己经使用ＦＣＣ规定的户内和户外ＵＷＢ电台的发射频谱模板进行了归一化，即以一４１．３ｄ３耐ｋ任１Ｉ２作为参考值）。此外，如上一节提到的，对应于最大的特征值，浙江大学博士学位论文可能存在多个最优解，我们在图３一向、（）、（ｃ）ｄ、（）、（ｅ０中也给出了Ｐｓ（）的其ｔ它五个最优解。当设计基于波形正交特性的多址通信时，我们可以使用这些脉冲波形以及部分的次优解波形所构成的函数集合来进行多用户脉冲设计。图３一：示意性的ｕＷＢ通信系统。（尺寸）ａ（２４ｒｎｒｎ４０１曰匕１向）ａ系统的组成；向平面椭圆形偶极子天线的第三章ＵＷＳＲｒ功系统潭脉冲波形优化设计４０２００－２０明叨－８０１００１２００诊、ＳＰ价。Ｐ层昆．芝吕艺ｕ曰滋５９巴』县．－Ｐ巴．吕．￣芍口己。目无、， —困认（月１凡（月０２４６９１０１２１８２０Ｒ阅ｕ即ｃ，ＧＦ匕ｙ）ａ（．０月１—ｓ（ａ４ｊｆ甲ｒｉｖ愚篇。ｆ导导ｆｕｎｃｔｉｏｎ，易２一５０－一叽（）拼’ｆ月．１一、＿／’飞，，、ｔ：４，１『 尸川Ｊ护Ｊｒ月ｆ于＼占２０旧．占．一１．８２．－０一２０２４６８１０１２１４１６１８Ｆｒｑｕｅｎｃｙ，ＧＥ比ｅ助图３一３：系统传输特性。（）传输函数万此的和万咫的的幅值：向相位函数ａ蝙（力和它的导函数Ｊ人（力／ｆｄ，３浙江大学博士学位论文２ ：｝Ｕ工、｝１１１Ｏ ．召＞ 三００ｌｆ￣０一一』日阅 叭召＞ 月飞已叫『勺０尸」２－．０ １．５一０．４一０．３一０‘２一０１０．００．１０．２０．３０．４０．５Ｔ如ｅ，ｎｓ）ａ（２０ ： ．１￣ｆ｝－Ｏ０ｌｆ￣００１勺－ｌｏ－ｌｌｆ｝气‘创－０．５一０．４一０．３一２一１０．００．１０２０３０．４０．５Ｔ加ｅ，ｎｓ向－０－ｌ－ｌ第三章Ｕ肠卫ＲＦＩＤ系统渊脉冲波形优化设计，‘，二，里ｎ …一、Ｊｎ｝＞叭。勺日一一 ｎＵ Ｏ ￣３ 八Ｕ八“砚ＪｎＵ－ｌ－ｌ－２２１１一‘５－０．４．３一０．２一０．１０．００．１０２０．３０．４０．５Ｔｉｎｅ，ｎｌｓ）ｃ（．０．５…０万．０ｊ．０净．召日二ｄ日ｙ００刃－ｌ－ｌ－２．５一０．４一０．３一０．２一１０．００１０．２０．３０．４０．５Ｔ如ｅ，ｎｓ）ｄ（浙江大学博士学位论文凡乙，且１１一“｝５０ …图３礴：优化得到的源脉冲ｐ，）波形。（ｔ（）优化脉冲（ａ注：用于随后的脉冲传输性能评估）；助（ｃ）（）（ｄｅ）（乃为同时得到的其它优化结果（多个最优解）净．召月一口日司 ．召＞ 日 一一旨 阅 ００－ｌ－ｌ２．－０１，．‘‘ｗｅ‘￣Ｌ－‘，Ｊｅｓ‘￣Ｊｅｓ‘．Ｌ一一‘ｄ－Ｊ－‘￣占－‘－‘－． ５．４一‘３．２一１０．００．１０．２０．３０．４ ￣３ ０ｌｆ甘ｏｌｆ尸Ｔ血ｎｅ，ｎ ｓ）ｅ（２１１００－１－ｌ２．－０１．曰ｓｅＪ．．曰￣Ｊ一－Ｊ一￣￣‘，‘￣Ｊ－‘．占一‘．‘￣‘．Ｊ一‘曰￣刃． ５一０．４一３一０．２一１０一００．１０．２０．３０．４…５．０５…００．５，通．ＩＪ．１门Ｊ．书闷ｌｌＪ且．１．Ｊｌ－Ｊ０．５Ｔ加ｅ，ｎｓ仍第三章１」ＷＢ只ＦＩＤ系统诵脉冲波形优化设计０．０．０３似 卜户．１）几比Ｊ．，１｜几飞．！ 。．声 １ 勺‘ １０１２。．１叫…．，，－０；ｎ｝『２－ｎ｝－ｎ｝ 种、￣ ０．０．戒峨众图３－５：使用优化脉冲进行传输时得到接收脉冲儿（）的波形ｔ图３一：使用优化脉冲进行传输时得到的辐射脉冲ｐ：（６）的功率密度频谱（ｔＤｓＰ：卯叭限ｒｄｅｎｓｉｙｓｔ，戈ｔｒ叨口）凡（力（其幅值使用Ｆｃｃ规定的户内和户外ＵｗＢ电台的发射频谱模板进行了归一化）Ａ苦月一ｄ日丈兰芝、巴毛Ｔｉｎｌｅ，ｎｓ －５０湘初－７０８０９００了偏一｛—６８‘户ｓｕ召一．翻。荟』。李ａ吧留．￣飞‘二０之叽（力１２４１０１２１４１６１８２０Ｆ叫ｕｅｎｃｙ，ＣＥ比 浙江大学博士学位论文作为和优化结果的比较，几种常见的脉冲波形，包括高斯脉冲、调制高斯脉冲和瑞利脉冲，如图３一７所示，也应用到上述的系统中以比较传输性能的差异。这些脉冲波形由下面的式子定义：Ｉ（Ｐ）＝ｔ３．１５：１。长了，一：，２＜，＜：／２，谢ＣＳＯ、ｔ，一：，２＜，＜：，２，娜一Ｔ１２＜ｔ＜Ｔ／２， ３一ｏａ（）ｇ３２ｌｅ几（ｔ）＝１．３一（ＺＯｂ）几（ｔ）＝７８．９５２３ｔｅ３一（２０ｃ）式中，讯＝０．ｇｎｏｓ，几＝０．ｓｎｓ，口３＝０．８ｎ０ｓ，口。＝６．５Ｇ妇吮。方便起见，这８些信号的幅度已经进行了相应的缩放使得脉冲能量均为Ｋｓ＝１。一Ｊ。使用这些脉冲进行传输所得到的接收脉冲几（）显示在图３一ｔ８中，相应的辐射脉冲ｐ：（）的功ｔ率密度频谱（Ｄｓ：ｐＰｏ叭ｌｅｒｄｅｎｓｉｙｓｔｅｐｃｒｔ劝叮）几的（其幅值按照ＦＣＣ规定的户内和户外ＵＷＢ电台的发射频谱模板进行了归一化）显示在了图３一９中。这些脉冲的“有效能量”传输系数兄以表格形式和优化脉冲的结果一起显示在了表３一１中．从中可以看到优化源脉冲具有更高的能量传输系数，从而验证了我们所呈现的设计理论和方法的有效性。具体地针对到Ｕ场ｒＢＲＦＩＤ系统而言，高的能量传输系数也就意味着更高的接收信噪比和相应的更长的阅读距离。此外，需要指出的是，这里的分析都是针对从发射机到接收机的单向传输， 即在ＲＦＩＤ系统中对应了从阅读器到标签的下行信道，当针对后向散射脉冲传输时的双向传输信道系统进行设计时，只需将所用到的单向信道传输函数以双向信道传输函数代替即可，其分析和设计方法仍是完全适用的。第三章１」ＷＢＲＦＩＤ系统浦脉冲波形优化设计图３一８：使用几种常见的源脉冲波形进行传输时得到接收脉冲ｐ，（４—Ｇａ出ｓｉａｎｌａｈｌｅｓ一－一Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ３—地ｙｌｉｅｈｇＰ仙ｌｅｓ：ｎ，， ．晓咤１月ｎＰＵ七号、…、。＞竹．召仆 ，， ，月，、、１ 、一ｄｌｕ磅卜 ｔ 厂气．’卜Ｖ‘叶又／．－，：‘，’尸－－口一＼－、叶Ｊ口、ｊ升止 众 ｝３一４３一２‘１０乃０１０一２０３０４０．５ Ｔ油．，ｎｓ 图３一７：几种常见的源脉冲Ｐｓ（ｔ）的波形 断耐 —Ｇ日ｕｓｓｉｎａＰｌｉ１ｅＳ一Ｍ叼ｕｌａｔｄｅ —釉ｙ肠ｇｈＰｕｌｅｓＧ月１１ 释拜１月１１卜卫１劝 ．、． “叱””ｈ妇． ．二喻沁卜．。召Ａ ”１１１川二．‘．．』，‘，户 １叫 逻 Ｉ－＝Ｊ．，生扭日 砚．皿孙ｄ任 二 、｛：：劲代 尸－－－－．脆．１１１．砖卜￣ 痴吕．沪二 势口勺 ．二１１， 二曰 “ －－１１沪，二勺‘ ，“”， ０．ｏｏＬＩ耐１－０．０２ＬＬ耐 ０． ｎ ０。５１．０１．５２０２一５ 下而易ｎｓ ）ｔ的波形 ９５ 浙江大学博士学位论文图３一：使用几种常见的源脉冲波形进行传输时得到的辐射脉冲ｐ，（）的功率密度ｔ频谱（ＤｓＰ：沐阴巴ｒｄ姗ｉｙＳｔＰＣｅｒｔ．ｍ）凡（力（其幅值已经按照Ｆｃｃ规定的户内和户外ＵＷ丑电台的发射频谱模板进行了归一化）３．５本章小结本章基于延迟反射脉冲式无源标签将ＵＷＢ通信延伸到无源后向散射式ＲＦＩＤ技术领域，进行了ＵＷＢ脉冲优化设计方面的研究工作。论文首先对ＵＷＢ系统进行了详细的信号描述和分析，然后从辐射脉冲频谱、接收脉冲时宽和接收脉冲能量三帕国李它若价夕吕召１月。色５奎民Ｐ月１．昌之表３－１：几种源脉冲的“有效能量”传输系数兄 －５０期叨，…川曲ｎ－７０－８０－９０源脉冲波形种类兄优化脉冲高斯脉冲高斯调制脉冲．４６２９８６Ｅ确１．２２８５３Ｅ一５１．３２４６４Ｅ一４５．２２４５Ｂ５９瑞利脉冲
