摘  要： 針對傳統(tǒng)60 GHz毫米波無線通信系統(tǒng)的不足,，提出了一種新型的基于歸零基帶脈沖OOK/DAMI方案。介紹了基于歸零基帶脈沖OOK/DAMI體制的60 GHz毫米波通信系統(tǒng)的發(fā)送端模型,，簡單分析了各個模塊的功能,給出了通信系統(tǒng)接收端模型并進行了簡要說明,，描述了3種常用的ps級脈沖信號的產(chǎn)生方法與各自的優(yōu)缺點。仿真分析了不同類型脈沖信號的功率譜密度,，最后給出了合成基帶脈沖的時域調(diào)制波形圖和對應(yīng)的功率譜密度圖,仿真顯示能夠滿足60 GHz通信中功率譜遮蔽特性的要求,。
關(guān)鍵詞： OOK/DAMI,；基帶脈沖成形；毫米波通信,；60 GHz

    隨著全球信息產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展,，無線技術(shù)中的傳輸速率已經(jīng)從最初的kb/s發(fā)展到Mb/s，人們對高速高質(zhì)量的無線通信服務(wù)的需求呈爆炸式增長,。此外,，現(xiàn)有的無線頻譜資源越來越緊張，60 GHz無線通信正是在這一背景下應(yīng)運而生,。IEEE802.15.3c建議,，60 GHz系統(tǒng)一般選用SC PHY單載波模式、HSI PHY高速接口模式及AV PHY音頻/視頻模式,。HSI PHY和AV PHY這兩種模式由于使用了OFDM復(fù)用體制[1]導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜度較高且對相位噪聲敏感[2],，單載波SC體制復(fù)雜度稍好但系統(tǒng)的通信容量又明顯小了很多，為此本文提出了一種基于多信號合成歸零基帶脈沖的OOK/DAMI方案,，該方案屬于SC體制但通過合成方法來產(chǎn)生ps級的基帶脈沖信號,，因而大大提高了通信系統(tǒng)的碼元速率。
    目前產(chǎn)生ps級脈沖信號的方法大致可以分為3類,，第一類利用可編程高速數(shù)字器件,，優(yōu)點是脈沖信號的頻率、相位,、脈寬和幅度的程序可控[3],，由于使用的是電平變化陡峭的數(shù)字信號，所以產(chǎn)生的脈沖信號頻譜太寬,。第二類基于階躍恢復(fù)二極管(SRD),，SRD在從正向激勵電壓轉(zhuǎn)換到負(fù)向激勵電壓時，反向電流會持續(xù)一段時間然后迅速截止,，從而形成一個陡峭的階躍電壓來產(chǎn)生脈沖信號[4],。參考文獻[5]采用3級級聯(lián)的SRD電路產(chǎn)生了寬度為250 ps的脈沖信號，且3 dB帶寬接近4 GHz,；參考文獻[6]采用由SRD和微波三極管構(gòu)成的電路能產(chǎn)生脈寬為500 ps,、峰峰值為7.6 V的單周期脈沖信號，但這種方法產(chǎn)生的脈沖信號幅度,、頻率和脈寬等參數(shù)不好調(diào)節(jié),。第三類是采用傳輸線或晶格等器件，參考文獻[7]采用非線性傳輸線對產(chǎn)生的信號進行時域壓縮來得到需要的窄脈沖信號,，這類方法的主要缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本太高,。
    相反，本文采用信號合成方法來構(gòu)造歸零基帶脈沖,，不僅能夠產(chǎn)生ps級的歸零基帶窄脈沖,，且功率譜能夠滿足60 GHz系統(tǒng)的遮蔽特性規(guī)范,。通過改變參與合成信號的參數(shù)，能夠較方便地調(diào)節(jié)脈沖信號的幅度和頻率,。
1 系統(tǒng)發(fā)射端模型
    本文提出的基于多信號合成歸零基帶脈沖OOK/DAMI體制的通信系統(tǒng),，較多載波的OFDM體制不僅降低了系統(tǒng)收發(fā)機的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、系統(tǒng)實現(xiàn)難度和成本,，而且峰值平均功率比(PAPR)較OFDM體制的系統(tǒng)要小和對相位噪聲不那么敏感,。最重要的是：采用多信號合成的方法可構(gòu)造滿足功率譜遮蔽特性要求的歸零基帶脈沖；減小碼間串?dāng)_,；增加系統(tǒng)抗干擾的能力,；可以突破IEEE802.15.3c標(biāo)準(zhǔn)中OOK/DAMI體制數(shù)據(jù)的傳輸速率的上限；可提高系統(tǒng)功率發(fā)射的效率,，大大降低系統(tǒng)的平均功耗,。
   


    接收端信號由接收天線進入到BP模塊，BP模塊濾除掉60 GHz通信頻帶之外的噪聲信號,，低噪聲放大器LNA對接收信號進行放大，之后進行解調(diào),。PLL模塊用來從放大之后的接收信號中提取出60 GHz的載波信號,，之后經(jīng)過兩個乘法器和LP(低通濾波器)分別實現(xiàn)正交和同相分量信號的提取，最后再通過整形,、同步和解碼模塊后輸出二進制數(shù)據(jù)信號,。
3 調(diào)制信號功率譜仿真分析
    我國于2006年10月以信無函[2006]82號文件規(guī)定了59 GHz～64 GHz作為60 GHz頻段微功率(短距離)無線技術(shù)應(yīng)用[8]，產(chǎn)生符合60 GHz功率譜遮蔽特性要求的皮秒級窄脈沖,，是60 GHz脈沖通信系統(tǒng)中最為關(guān)鍵技術(shù)之一,，也是主要的挑戰(zhàn)。在脈沖設(shè)計方面,，采用多信號相干合成方法來構(gòu)造歸零基帶脈沖,。選用的基帶脈沖信號不同，調(diào)制之后的信號頻譜利用率也相差很大,，幾種常用信號脈沖調(diào)制后的功率譜密度如圖5所示,。
    從圖5中可以看到不同類型的基帶脈沖調(diào)制后發(fā)射頻譜遮蔽特性差異很大。目前廣泛采用的是矩形脈沖調(diào)制,，由于時域信號存在較陡峭變化的邊緣,，所以其功率譜旁瓣較多且占的比例較大，發(fā)射頻譜的遮蔽特性最差,。而高斯脈沖調(diào)制的發(fā)射頻譜的遮蔽特性相對最好,，不僅沒有旁瓣，而且功率譜主要成分集中在載頻附近,。

    本文使用相干信號合成發(fā)生器來產(chǎn)生所需的歸零基帶脈沖信號,，產(chǎn)生的脈沖信號為高斯脈沖,，脈沖信號調(diào)制之后的時域波形和對應(yīng)的功率譜密度PSD如圖6所示。

    本文針對傳統(tǒng)60 GHz毫米波無線通信系統(tǒng)的不足,，提出了一種新型的基于相干合成歸零基帶脈沖OOK/DAMI體制的60 GHz毫米波通信系統(tǒng)模型,，給出了OOK體制和DAMI體制下的通信系統(tǒng)發(fā)射端和接收端原理框圖，并分析了關(guān)鍵模塊的原理和功能,，最后仿真分析了已調(diào)信號的功率譜密度,，仿真結(jié)果顯示功率譜能夠滿足60 GHz通信功率遮蔽特性的要求。
參考文獻
[1] LAN/MAN standards committeeof the IEEE computer society. IEEE Std 802.15.3c-2009,，IEEE-SA Standards Board[S].2009.
[2] ZAMORANO J L N,，THILLO J V，BOURDOUX W,，et al. Impact of phase noise on OFDM and SC-CP[C].Global Telecommunications Conference,，GLOBECOM′07，IEEE,，2007.
[3] 吳有用,，萬旺根，趙恒凱.一種基于數(shù)字器件的多參數(shù)皮秒級脈沖成形系統(tǒng)[J].電測與儀表,，2009,，46(9)：65-67，80.
[4] 周建明,，高曉薇,，陳寧，等.一種基于SRD和NLTL的皮秒 級脈沖產(chǎn)生電路[J].固體電子學(xué)研究與進展,，2007,，27(1)：40-43，73.
[5] CHOI G W,，CHOI J J,，HAN S H.Picosecond impulse generator driven by cascaded step recovery diode pulse shaping circuit[C].Rev.Sci.Instrum.82，016106(2011).
[6] 劉麗華,，戴舜,，謝義方，等.新型超寬帶穿墻雷達(dá)單周期窄脈沖產(chǎn)生技術(shù)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,，2011,，31(1)： 92-95.
[7] INDIRAYANTI P，VOLKAERTS W,，REYNAERT P,，et al. Picosecond pulse generation with nonlinear transmission lines  in 90-nm CMOS for mm-wave imaging applications[C]. ICECS，2012.
[8] 信無函[2006]82號.關(guān)于60 GHz頻段微功率(短距離)無線電技術(shù)應(yīng)用有關(guān)問題的通知[Z].2006.