时间：2022-04-14 19:04:29
序论：在您撰写毕业设计工业设计论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
学校地处广东省粤西地区湛江市，远离珠三角设计中心地带，设计服务相对缺乏。地方经济支柱行业除了水产养殖及加工传统优势之外，形成了以电饭煲为主体的小家电生产基地，据统计，全国90%的电饭煲是在湛江生产。与强大的生产数量相比，设计能力远远落后，缺少自己的品牌，多数为贴牌生产。对自主设计的需求为产学研合作提供广阔的空间。
2现行毕业指导方法的弊端及应对措施
（1）毕业设计选题时间仓促，整体设计时间短，设计环节不能保证充分实施。工业设计程序的完成需要较长的时间，且指导要及时。现在各高校一般从每年1月份确定毕业设计题目到6月初答辩，期间有寒假，而且这段时间也是本科毕业生频繁准备各类应聘会应聘考试的阶段，所以整个毕业设计的有效时间最多3个月，要高质量完成从市场调研，初步方案制定，深入设计，模型制作，文件编制，论文撰写等一系列的工作是很困难的。对于毕业设计完成时间不充分，可以考虑以下两种办法解决。第一，学校工业设计专业已经有4个工作室，有相当的学生从二年级开始就跟随指导教师从事一些基本的科研工作，产生了默契和设计的方向性，可以利用这个有力的条件，提前确定毕业设计指导教师和设计题目，这也促进选用实际课题，达到事半功倍的效果。第二，在三年级下学期（第六学期末）安排学年课程设计教学环节，一个月时间，由全体专业教师参与指导，实质上是毕业设计的一次“预演”。题目由教师和学生双方商榷制定，题目不一定非常具体，可以根据学生的兴趣，制定家电类、家具类、卫浴产品、陶瓷制品等大的方向，在此期间，学生都在学校，与指导教师的交流能够做到及时和面对面。目的是初步检验题目的合理性与设计的规范性，针对某类产品的设计特点制定整个设计的程序和方法，如果合理可以作为毕业设计的题目，深入进行；如果存在问题，及时进行调整，为毕业设计扫清障碍，从容进行。这样还可以让学生在第八学期初选择毕业实习单位的时候有的放矢，对毕业设计具有实际的指导意义。这也解决了多年来存在的毕业设计内容与实习工作不相关的问题。
（2）毕业设计过程监控手段简单，措施不利。现在毕业班学生从每年2月到5月份基本上都在校外实习或参加各种招聘会，老师的指导工作都是通过互联网等形式，这不利于工业设计专业特点的内容指导。工业设计指导的大量工作是在设计定位和深入阶段，交流的文件多以大量的手绘稿和色彩效果图为主，并加以说明。现在多是通过QQ、微信、短信、电子邮件等交流平台师生交流，在整个过程中老师无法监控学生的设计具体过程和步骤，设计随意性比较大，经常导致毕业答辩前发现设计存在严重的缺陷而无法弥补，严重影响设计质量。另外对老师指导工作的监控措施基本上没有，很难做到有效督导。监控机制应该落实到具体指标，建立指导过程记录卡，针对设计过程应该提出具体指导次数、指导内容、指导结果等，这些内容应该有相应的支持材料支撑，这个不仅对学生，也是对老师的监控，保障毕业设计指导工作有规可依，同时也保障了毕业设计的水平。这个记录卡也可以作为毕业设计成绩的评价依据之一。根据工业设计专业的特点，记录卡的内容大致可以定为如下。
（3）毕业设计评价体系重结果，轻过程。多年来毕业设计成绩考核的主要内容取决于答辩现场的表现。由于答辩时间紧，任务重，对于每一个学生的考核不够全面。毕业设计最终评价应该与设计的全过程每一个阶段的表现挂钩，可以从以下几个方面进行考核。第一，以毕业设计指导记录卡为重要依据之一，因为它详细记录了毕业设计中重要的环节的完成时间和质量。第二，在答辩之前一周举办毕业设计展，所有学生的设计作品都参展，让老师和学生有时间对于设计成果有一个充分重新认识的过程，对于设计的原创性也是一个有效检验。第三，考核成绩要把设计结果与设计说明结合起来考核，毕业设计和毕业设计说明书实质内容合二为一，强调本科生不仅要能设计，还要知道为什么要这样设计，不仅展示了结果，还展示了整个过程。不仅锻炼学生的逻辑思维能力，还有效的提高学生的动手能力，使得毕业设计更加丰满、更有内涵。同时，毕业论文的内容也不会显得空泛，提高了学生说明文的写作能力。这种考核方式更能满足对应用型创新设计人才的培养要求。
3结论
（一）掌握专业核心技能
应用型本科院校工业设计专业树立以能力为本位，专业技能为核心的人才培养目标，要求学生能够在社会文化环境、市场环境中掌握产品设计、制造、开发及市场推广的一般知识和组织管理原则，具有解决专业问题的综合能力。该专业学生先后经过专业理论的学习，基础绘画的强化，三大构成的提升，设计软件的训练，设计思维的引导，产品形态的设计，产品模型的制作等一整套从理论到实践的训练，培养具有较强的草图表现、计算机辅助设计、模型制作、产品制造与生产等专业核心技能，最终能在企事业单位从事产品设计相关工作。掌握专业核心技能，是应用型本科院校工业设计专业人才培养的核心内容，也是学生就业之根本。
（二）强调学以致用的能力
应用型本科教育主要培养应用型专门人才,重在培养学生应用知识的能力而非发现新知的能力，这是其区别于学术型院校、研究型院校的关键之处。工业设计是工业化时代的创新设计，对创新性和应用性要求较高。在应用型人才培养模式下，该专业侧重培养学生运用专业知识、技能、方法解决实际问题的能力。因此，学以致用的能力是应用型本科院校工业设计专业人才培养的核心能力。
（三）传承地方文化、服务面向地方
工业设计是技术、艺术与文化转化为生产力的核心环节，是现代服务业的重要组成部分。应用型本科教育主要培养应用所学知识为社会谋取直接利益的人才，这表明应用型本科院校工业设计专业不仅承担着培养社会、国家、业界所需的人才，给国家社会带来直接利益，还承担着培养适应地方发展所需的人才，给地方发展带来直接利益，集传承者、创新者、服务者于一体。如何生于斯？长于斯？服务于斯？立足地方（行业）、融入地方（行业）、服务地方（行业）、共享地方（行业），成为推动地方（行业）经济社会发展的不可缺少的重要组成部分，是应用型本科院校的使命与责任。
二、应用型本科院校对工业设计专业毕业设计的要求
工业设计专业毕业设计不同于其他学科专业的毕业论文，也不同于设计类学科中视觉传达、动画等专业的毕业设计。它要求学生针对某一项目，综合运用专业理论知识和专业技能，寻求最佳设计方案以解决实际问题，最终以产品模型和展板等综合形式作为成果展示。根据应用型本科院校工业设计专业的人才培养模式，分析应用型本科院校对工业设计专业毕业设计的要求。
（一）突出专业特性
工业设计专业毕业设计是一项以产品为载体，以社会创新为导向的设计研究与实践。其毕业设计突出体现专业特性，是要区别于艺术类其他专业。工业设计专业毕业设计突出专业特性应解决好三个问题：其一，在知识层面体现“是什么产品”；其二，在技能层面明确“用什么技术实现产品结构和功能”；其三，在实践层面反映“产品模型与设计理念之间融合的程度如何”。这三个问题与该专业需具备的知识和技能紧密相连，解决了是什么、用什么、怎么样三个问题，专业特性才会更清晰、更突显，才能避免与平面、影视等专业的毕业设计作品混乱或雷同。
（二）重视实践应用性
高校向社会输送的工业设计人才只有符合市场的需要才能够获得认可,才能被社会所吸纳。毕业设计作为本科教育阶
段历时最长、层次最高、综合性最强的实践性教学，更应是理论与实践的结合体。选题、方案构思、方案筛选、计算机建模、模型制作、产品展示是工业设计专业毕业设计的六个主要环节，这六个环节涵盖了该专业绝大部分理论与实践知识，且每一环节对应一项专业能力。选题测试学生对专业知识宏观把握的能力；方案构思测试学生知识创新的能力；方案筛选测试学生运用专业方法解决问题的能力；计算机建模测试学生专业技能应用的能力；模型制作测试学生实践动手的能力；产品展示测试学生系统把握专业知识的能力。目前，该专业很多学生在毕业设计创作过程中只参与前四个环节，模型制作则找企业或工厂代工完成，产品展示则认为无关紧要而被忽略。应用型本科院校侧重培养学生应用知识解决实际问题的能力，模型制作和产品展示是最能检验学生实践应用能力的两个环节，因此，学生需参与到毕业设计的各个环节，特别是实践应用环节，以提高学以致用的能力。
（三）展示地方特色
应用型本科院校立足地方，服务地方，其毕业设计也应围绕地方特色展开，作为文化创意产业紧密联系的工业设计专业更应如此。其毕业设计选题要切合当地实际情况，与地方企业、文化产业联系紧密，以服务地方发展为目的。如地处闽西北的三明学院，其红色文化、客家文化、朱子文化、理学文化是该校工业设计专业毕业设计选题较好的切入点，既能传承弘扬地域特色文化，又能产生较好的社会效益。
三、提高应用型本科院校工业设计专业毕业设计质量的对策
（一）科学选题
好的选题就是成功的一半，毕业设计选题直接关系到后续毕业设计进展。工业设计专业毕业设计选题可从三方面考虑：首先，选题与教师的科研课题结合。从学生角度看，可以避免选题的盲目性和随意性，确保毕业设计后续工作进展自如；从导师角度看，可以确保课题的可行性，还能丰富科研成果。其次，选题着眼于地方企业与产业。工业设计专业毕业设计选题立足地方产业发展，围绕地方特色展开创作，实现学生应用能力与企业实际需求之间的零距离对接，可以提高毕业设计质量。再次，选题围绕社会发展与需求。此类选题能帮助学生了解社会动态。如毕业设计选题以我国社会发展的三农问题作为切入点，借助新技术、新材料对农村交通运输工具、生活用品等进行改良与创新，试图解决农村问题、农民问题、农业问题。又如选题以社会弱势群体中的盲人作为切入点，基于无障碍设计理念，通过盲人水杯设计、盲人娱乐产品设计、盲人银行卡设计、盲人出行公交信息系统服务设计等一系列设计方案，为解决盲人生活中出行不便拓展新思路，提供新对策。
（二）组建指导教师团队
工业设计专业毕业设计涉及的知识较为广泛，根据教师自身专长，组建指导教师团队，采取分工与合作的方式，能有效整合资源，更好地指导学生完成毕业设计，提高毕业设计质量。组建指导教师团队需注意：第一，指导教师团队中教师数量不宜过多，2~3个最佳。第二，指导教师团队中教师的知识结构应有所差异，如理论教师与实践教师、科研型教师与教学型教师、青年教师与老辈教师、校内教师与校外教师、学校教师与企业工程师等多种类型的组合，充分发挥各自优势，给学生提供针对性较强的建议。第三，团队中个人分工需明确。任务分工可依据教师专长和毕业设计管理中计划、组织、监督、控制等四个环节，共同督促、推进、落实。
（三）落实毕业设计展示
1.1开放式网络调研
在指导教师的指导和帮助下，学生通过专业的问卷调查网站“问卷星”（），制作并了调查问卷。问卷星是一个专业的在线问卷调查、测评、投票平台，专注于为用户提供功能强大、人性化的在线设计问卷、采集数据、自定义报表、调查结果分析系列服务。该调查问卷由九个问题组成，［5］其中前六个问题为客观题，主要目的是确定被调查者的基本信息和乘坐飞机的经历情况，同时明确了被调查者对机餐餐具的基本元素，如外观，材质等设计元素的倾向性。后三个问题是主观题，用于确认在飞机餐餐具使用过程中遇到的问题和不便之处，以及令人印象深刻的餐具体验，一方面可以搜集用户的问题，确定设计方向；另一方面也可以发现借鉴某些航空公司优秀的餐具设计，以提供更好的设计方案。该问卷在互联网平台之上，借由现在被广泛接受的社交网络（如微信、微博、QQ等）进行扩散，同时依靠老师和同学的帮助，得到了充分而理想的调查结果，并在该互联网平台上进行数据的初步统计。
1.2调研分析
此次网络问卷调查历时1个月（2014.03.26～2014.04.25），有效调查有51份，其中男性被访者30人，女性被访者21人。被访者的年龄分布在20岁至45岁之间，其中一半被访者有10次以上搭乘飞机的经历，绝大多数被访者有搭乘国际航线和国外航空公司航班的经历。在针对用户所关注的飞机餐餐具设计元素的调查中，餐具的手感、实用性和外形是乘客最为关心的三个要素，如图1所示。在飞机上用餐时，乘客希望有便利好用的餐具帮助进餐，乘客关注餐具的功能，同时期待良好的外观设计。过多繁杂的餐具、容器在较为窄小的用餐空间中会造成混乱，使用不便，摆放困难，造成使用者的烦躁，无法把注意力集中在本应是用餐主角的食物上。另外，目前餐具常用的塑料较轻，在使用中会比较容易被碰翻，或在飞机颠簸时翻倒，由于重心不稳使食物和饮料洒出。乘客反映的飞机餐餐具使用方面的不便，从表面上看是针对功能性问题，其实是现有的餐具设计考虑不周，这就给该毕业设计提供了发挥空间。一部分乘客反映未曾对餐具特别注意，换个角度来说，目前飞机餐餐具的设计并没有引起乘客的注意，只有新航、全日空、汉莎航空等航空公司简约精致、富有航空公司品牌元素和国家特点的餐具给乘客们留下深刻的影响。还有一部分乘客对餐具使用性提出更高的期待，并出于对环境压力和餐具成本的考虑，对餐具材质的提出建议。
1.3设计实践
学生根据网络问卷所采集以及归纳的信息，从改善飞机餐餐具的手持性能、餐具的布局、体现航空公司特色和餐具材质四个方面展开设计实践。从功能、造型、材质三个方面入手，餐具的功能性改良以协助乘客简易顺利地完成经济舱位环境内的进食，也通过赋予餐具美观的外观造型营造用餐的愉快气氛。定设计的外形、色彩、材质方案，用Rhino软件建模渲染，如图4所示。
2小结
超宽带（UWB,Ultra Wide Band）无线技术在无线电通信、雷达、跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域具有广阔的应用前景，因此被认为是未来几年电信热门技术之一。1990年，美国国防部首先定义了“超宽带”概念，超宽带无线通信开始得到美国军方和政府部门的重视。2002年4月，美国FCC通过了超宽带技术的商用许可，超宽带无线通信在民用领域开始受到普遍关注。目前“超宽带”的定义只是针对信号频谱的相对带宽（或绝对带宽）而言，没有界定的时域波形特征。因此，有多种方式产生超宽带信号。其中，最典型的方法是利用纳秒级的窄脉冲（又称为冲激脉冲）的频谱特性来实现[1]。
超宽带无线电是对基于正弦载波的常规无线电的一次突破。几十年来，无线通信都是以正弦载波为信息载体，而超宽带无线通信则以纳秒级的窄脉冲作为信息载体。其信号产生、调制解调、信号隐蔽性、系统处理增益等方面，具有独特的优势，尤其是能够在密集的多径环境下实现高速传输。由于脉冲持续时间很短，多径分量在时域上不易重叠，多径分辨能力高，通过先进的多径分离技术或瑞克接收机，可以充分利用多径分量。
目前，典型的超宽带无线通信调制方式以TH-PPM、TH-PAM为主，本论文中，介绍超宽带无线通信中的调制技术，主要讨论TH-PPM、TH-PAM的基本原理，并且对比调制技术的优缺点，性能的好坏，并进行动态的仿真，从仿真图中较清楚的研究调制方式，从而得出正确的结论，细致的研究超宽带无线通信中的调制技术。
关键字：超宽带 调制方式 PPM调制 PAM调制 OFDM调制
2 概述
2.1 总述
近几年来,超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视。超宽带通信技术以其传输速率高、抗多径干扰能力强等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。FCC(美国通信委员会) 对超宽带系统的最新定义是:相对带宽(在- 10dB 点处) (fH - fL)/fc > 20 %(fH ,fL ,fc分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率) 或者总带宽BW> 500MHz。[1]它与现有的无线电系统比较,在花费更小的制造成本的条件下,能够做到更高的数据传输速率(100～500MbPs) 、更强的抗干扰能力(处理增益50dB 以上) ,同时具有极好的抗多径性能和十分精确的定位能力(精度在cm 以内) 。
2.2 UWB基本原理
发射超宽带(UWB) 信号最常用和最传统的方法是发射一种时域上很短(占空比低达0. 5 %) 的冲激脉冲。这种传输技术称为“冲击无线电( IR) ”.UWB - IR 又被称为基带无载波无线电,因为它不像传统通信系统中使用正弦波把信号调制到更高的载频上,而是用基带信号直接驱动天线输出的[6];由信息数据对脉冲进行调制,同时,为了形成所产生信号的频谱而用伪随即序列对数据符号进行编码。因此冲击脉冲和调制技术就是超宽带的两大关键所在。
2.2.1 脉冲信号
从本质上讲,产生脉冲宽度为纳秒级的信号源是UWB 技术的前提条件。目前产生脉冲信号源的方法有两类: ①光电方法,基本原理是利用光导开关导通瞬间的陡峭上升沿获得脉冲信号。由于作为激发源的激光脉冲信号可以有很陡的前沿,所以得到的脉冲宽度可达到皮秒(10 - 12 ) 量级。另外,由于光导开关是采用集成方法制成的,可以获得很好的一致性,因此是最有发展前景的一种方法。②电子方法,利用微波双极性晶体管雪崩特性,在雪崩导通瞬间,电流呈“雪崩”式迅速增长,从而获得具有陡峭前沿的波形,成形后得到极短脉冲。在电路设计中,采用多个晶体管串行级联,使用并行同步触发的方式,加快了雪崩过程,从而达到进一步降低脉冲宽度的目的[7]。
冲激脉冲通常采用单周期高斯脉冲,典型的单周期高斯脉冲的时域和频域数学模型分别表示为:
(2-1)
(2-2)
单周期脉冲的宽度在纳秒级(0. 1～1. 5ns) ,重复周期为25～1000ns ,具有很宽的频谱,如图2-1 所示。实际通信中使用的是一长串的脉冲,由于时域中信号的周期性造成了频谱的离散化,周期性的单脉冲序列频谱中出现了强烈的能量尖峰。这些尖峰将会对信号构成干扰,通过数据信息和伪随机码来进行编码P调制,改变脉冲与脉冲间的时间间隔,可以降低频谱的尖峰幅度[2]。
图2-1 单周期脉冲的时间域和频率域的表示
2.2.2 UWB的调制技术
超宽带系统中信息数据对脉冲的调制方法可以有多种。脉冲位置调制( PPM) 和脉冲幅度调制(PAM) 是UWB 最常用的两种调制方式。通常UWB信号模型为:
(2-3)
其中,w ( t) 表示发送的单周期脉冲, dj , tj 分别表示单脉冲的幅度和时延。
a PAM- UWB
PAM是一种通过改变那些基于需传输数据的传输脉冲幅度的调制技术。在PAM调制系统中,一系列的脉冲幅度被用来代表需要传输的数据。任何形状的脉冲都是通过其幅度调制使传输数据在{ - 1 , + 1}之间变化(对于双极性信号) 或在M 个值之间变化(对于M 元PAM) 。增加传输脉冲所占的带宽或减少脉冲重复频率,都可以增加一个固定平均功率谱密度的UWB 系统所能达到的吞吐量和传输距离,可以看出这一效果与增加传输功率的峰值的效果是相似的。[8]
采用脉冲幅度调制(PAM)的超宽带信号波形如下:[4]
(2-4)
其中, dj 是信息序列, Tf 是脉冲重复周期。根据dj 的不同取值, 可将PAM调制方式分为以下三种:
（1） OOK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为0) ;
（2）PPAM(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为β1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为β2) ;
（3）BPSK(发送数据为1 ,UWB 信号的幅度为1 ;发送数据为0 ,UWB 信号的幅度为- 1) 。
对于这三种方式,在超宽带的PAM调制方式中多采用BPSK方式。
b PPM- UWB
脉冲位置调制(PPM) 又称时间调制(TM) ,是用每个脉冲出现的位置落后或超前某一标准或特定时刻来表示某个特定信息的[3]。二进制PPM 是超宽带无线通信系统经常使用的一种调制方法,相对其它调制方法来说也是较早使用的一种方法。采用PPM的一个重要原因是它能够使用零相差的相关接收机来接收检测信号,而这种接收机有着非常好的性能。采用脉冲位置调制( PPM) 的超宽带信号波形如下:
(2-5)
其中, dj 取0 或1 ,δ为调制因子, 与脉冲宽度Tm (1/Tf ) 是一个数量级。当发送数据为1 时脉冲就会相应滞后一个时延δ。
图2-2 给出了上述四种调制方法的信号波形图,对这四种调制方式给出了一个比较直观的描述。
除了这些对脉冲的调制方法外,用伪随机码或伪随机噪声(PN) 对数据符号进行编码以得到所产生信号的频谱时,根据编码的不同即扩频和多址技术不同,超宽带系统又被分为跳时的超宽带系统(TH - UWB) 、直扩的超宽带系统(DS - UWB) 、跳频的超宽带系统(FH - UWB) 和基带多载波超宽带系统(MC - UWB) 等[9]。
图2-2 不同调制方式的信号波形[4]
2.3 UWB 技术特点
由于UWB 与传统通信系统相比,工作原理迥异,因此UWB 具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点[4]:
(1)系统容量大。香农公式给出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出,带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应,这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统。
(2)高速的数据传输。UWB 系统使用上GHz 的超宽频带,根据香农信道容量公式,即使把发送信号功率密度控制得很低,也可以实现高的信息速率。一般情况下,其最大数据传输速度可以达到几百Mbps～1Gbps。
(3)多径分辨能力强。UWB 由于其极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率,窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠,很容易分离出多径分量,所以能充分利用发射信号的能量。实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10～30dB 的多径环境,UWB 信号的衰落最多不到5dB。
(4)隐蔽性好。因为UWB 的频谱非常宽,能量密度非常低,因此信息传输安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB 设备对于其他设备的干扰就非常低。
(5)定位精确。冲激脉冲具有很高的定位精度,采用超宽带无线电通信,可在室内和地下进行精确定位,而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内。与GPS 提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置, 其定位精度可达厘米级。
(6)抗干扰能力强。UWB 扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB 的占空比一般为0. 01～0. 001 ,具有比其它扩频系统高得多的处理增益,抗干扰能力强。一般来说,UWB 抗干扰处理增益在50dB 以上。
(7)低成本和低功耗。UWB 无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环( PLL) 、压控振荡器(VCO) 、混频器等, 因而结构简单,设备成本将很低。由于UWB 信号无需载波,而是使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0. 20ns～1. 5ns之间,有很低的占空因数,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB 系统只需要50～70mW 的电源,是蓝牙技术的十分之一[10]。尽管如此,UWB 在技术上面临一定的挑战, 还有诸多技术的问题有待研究解决,比如需要更好地理解UWB 传播信道的特点,建立信道模型,解决多径传播;需要进一步研究高速脉冲信号的生成、处理等技术;研究新的调制技术,进一步降低收发结构的复杂度等。
2.4 UWB发射机和接收机组成框图
2.4.1 UWB发射机组成框图
UWB发射机直接发送纳秒级脉冲来传输数据而不需使用载波电路。所以，UWB发射机比现有的无线发射设备要简单得多。TH-UWB发射机组成框图如图2-3所示[5]。
图2-3 UWB发射机组成框图
调制后的数据与伪码产生器生成的伪码一起送入可编程延迟电路，可编程延迟电路产生的时延控制脉冲信号发生器的发送时刻，脉冲信号发生器输出的UWB信号由天线辐射出去。脉冲信号产生电路的一个关键部分是天线，它的作用相当于一个滤波器。
2.4.2 UWB接收机组成框图
TH-UWB接收机采用相关接收方式，接收机框图如图4所示。图4中虚线内的部分是相关器。它由乘法器、积分器和取样/保持电路三部分组成[5]。
接收机与发射机类似，两者的区别在于接收机的基带信号处理器从取样/保持电路中解调数据，基带信号处理器的输出控制可编程时延电路，为可编程时延电路提供定时跟踪信号，保证相关器正确解调出数据。
图2-4 UWB接收机组成框图
2.5 UWB 技术的应用前景
UWB 系统在很低的功率谱密度的情况下,UWB具有巨大的数据传输速率优势,最大可以提供高达1000Mbps 以上的传输速率,使UWB 同其它短距离无线通信系统的技术优势非常明显,如表1 所示。现有的各种无线解决方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 则在10m 左右的范围之内打破了这一限制,UWB 的应用将使人们可以摆脱更多线缆的牵绊,通信因而变得更为方便[6]。
2.6 结束语
无线通信已经迅速渗入我们的生活当中,对容量不断增长的要求需要一种不对现有的通信系统造成影响的新的无线通信方案,超宽带脉冲无线电系统正好满足了这一要求。UWB 技术对于无线短距离的高速数据通信是非常有竞争力的,随着研究的深入,凭借多方面的优势,它将在很多领域占有一席之地。特别是短距离传输的后3G领域,UWB 将有广阔的发展空间[8]。
表1 几种短距离无线通信比较
IEEE802. 11a
Bluetooth
UWB
工作频率
2. 4GHz
2. 402～2. 48GHz
3. 1～10. 6GHz
传输速率
54Mbps
小于1Mbps
大于480Mbps
通信距离
10m～100m
10m
小于10m
发射功率
1 瓦以上
1 毫瓦～100毫瓦
1 毫瓦以下
容量空间
80kbps/m2
30kbps/m2
1000kbps/m2
应用范围
无线局域网
家庭和办公室互连
近距离多媒体
终端类型
笔记本、台式电脑、掌上电脑、因特网网关
笔记本、移动电话、掌上电脑、移动设备
无线电视、DVD , 高速因特网网关
3 MATLAB 软件工具介绍
3.1 MATLAB语言的概述
MATLAB是一种科学计算软件，适用于工程应用各领域的分析设计与复杂计算，它使用方便，输入简捷，运算高效且内容丰富，很容易由用户自行扩展。因此，它已成为大学教学和科学研究中最常用且必不可少的工具。
MATLAB是“矩阵实验室”（MATrix LABoratoy）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需求。与其他计算机语言相比，其特点是简洁和智能化，适应科技专业人员的思维方式和书写习惯，使得编程和调试效率大大提高。它用解释方式工作，键入程序立即得出结果，人机交互性能好，为科技人员所乐于接受。特别是它可适应多种平台，并且随计算机硬、软件的更新而用时升级。因而，MATLAB语言是数值计算用得最频繁的电子信息类学科工具。它大大提高了课程教学、解题作业、分析研究的效率。
3.2 MATLAB的历史
在1980年前后，美国的Cleve Moler博士在New Mexico大学讲授线性代数课程时，发现应用其他高级语言编程极为不便，便构思并开发了MATLAB（MATrix LABoratory，矩阵实验室），它是集命令翻译、科学计算于一身的一套交互式软件系统，经过在该大学进行了几次的试用之后，于1984年推出了该软件的正式版本。它是以著名的线性代数软件包LINPACK和特征计算软件包EISPACK中的子程序为基础发展而成的一种开放型程序设计语言，其基本的数据单元是一个维数不加限制的矩阵，这就允许用户可以根据数值计算问题的复杂程序，对问题进行分段甚至逐句编程处理，显然这与C、FORTRAN等传统高级语言完全不同。在MATLAB下，矩阵的运算变得异常的容易，后来的版本中又增添了丰富多彩的图形图像处理及多媒体功能，使得MATLAB的应用范围越来越广泛，Moler博士等一批数学家与软件专家组建了名为MathWorks的软件开发公司，专门扩展并改进MATLAB。
为了准确地把一个控制系统的复杂模型输入给计算机，然后对之进行进一步的分析与仿真，1990年MathWorks软件公司为MATLAB提供了新的控制系统模型图形输入与仿真工具，并定名为SIMULAB，该工具很快在控制界得致函广泛的使用。但因其名字与著名的软件SIMULA类似，所以在1992年正式改名为SIMULINK。此软件有两个明显的功能：仿真与连接，亦即可以利用鼠标在模型窗口上画出所需的控制系统模型，然后利用该软件提供的功能来对系统直接进行仿真。很明显，这种做法使得一个很复杂系统的输入变得相当容易。SIMULINK的出现，更使得MATLAB的控制系统的仿真与其在CAD中的应用打开了崭新的局面。
3.3 MATLAB语言的特点
MATLAB语言有以下特点。
(1) 起点高
每个变量代表一个矩阵，以矩阵运算见长。当前的科学计算中，几乎无处不用矩阵运算，这使它的优势得到了充分的体现。
(2) 人机界面适合科技人员
MATLAB的语言规则与笔算式相似。MATLAB的程序与科技人员的书写习惯相近，因此，易写易读，易于在科技人员之间交流。矩阵的行列数无需定义。MATLAB不必有阶数定义，输入数据的行列数就决定了它的阶数。键入算式立即得到结果，无需编译。MATLAB是以解释方式工作的，即它对每条语句解释后立即执行，若有错误也立即做出反应，便于编程者立即改正。这些都大大减轻了编程和调试的工作量。
(3) 强大而简易的做图功能
能根据输入数据自动确定坐标绘图，能规定多种坐标系，（极坐标系、对数坐标系等），能绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同颜色、线型、视角等。如果数据齐全，通常只需一条命令即可出图。
(4) 智能化程度高
绘图时自动选择坐标，大大方便了用户；做数值积分时自动按精度选择步长；自动检测和显示程序错误的能力强，易于调试。
(5) 功能丰富，可扩展性强
MATLAB软件包括基本部分和专业扩展两大部分。
基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分等等。可以充分满足大学理工科学生的计算需要。
扩展部分称为工具箱。它实际上是用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的专门问题，或实现某一类的新算法。现在已经有控制系统、信号处理、图像处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等工具箱，并且向公式推导、系统仿真和实时运行等领域发展。
MATLAB的核心内容在于它的基本部分，所有的工具箱子程序都是用它的基本语句编写的。
3.4 MATLAB仿真
通过利用所学的理论知识，建立一个完整、准确的需求说明，清楚、准确地提出仿真试验所要解决的问题。
对所提出的仿真系统给出详细定义，明确系统中的模块、系统构成、模块之间的相互关系，系统的输入输出、边界条件以及系统的约束条件，并明确仿真所要达到的目标。
根据仿真系统分析的结果，确定系统中的参数、变量及其互之间的关系，并以数学形式将这些关系描述出来，从而构成仿真系统的数学模型。数学建模是系统仿真中最关键的一步，所建立的数学模型必须尽可能准确地反映所关心的真实系统的特性，而又不能过于复杂，以免降低模型的效率，增加不必要的计算过程，即建模需要根据求解问题的要求，在模型的近似程度与复杂程度之间折中。电子与通信系统的数学模型通常以方框图形式或数学方程形式来表达。
根据建立的数学模型所需要的数据元素，收集与模型系统有关的数据。根据数学模型建立系统的计算机仿真模型，收集数据，确定其中各子模块的结构，输入输出接口，输入输出的数据表达形式，数据的存储方式等。然后编制相应的程序流程，用MATLAB语言实现。
仿真模型验证的目的是确定计算机仿真模型是否准确表达了数学模型。仿真模型验证通常的方法是将数学模型的解析结果（或理论结果）与仿真所得到的数值结果相比较来完成的；或通过已知的系统输入输出结果，对比在相同条件下的系统仿真结果来验证仿真模型的正确性。
根据仿真试验设计的方案，让计算机执行计算，并在执行计算的过程中了解仿真模型对于各种不同输入信号以及不同参数和仿真机制下的输出，得出试验数据，从而预测系统在实际环境中的运行情况。
对仿真模型的运行阶段所产生的数据进行分析，其目的是从运行阶段所产生的数据中找出系统运行规律，对仿真系统的性能做出评价，为系统方案的最终决策提供辅助支持。对仿真结果进行分析，对仿真数据的可靠性、一致性、置信度等做出判定，最终将仿真结果以曲线、图表和文字等形式形成论文。
4 超宽带无线的调制技术
发射超宽带（UWB）信号最常用和最传统的方法是发射时域上很短的脉冲。这种传输技术称为“冲激无线电”（Impulse Radio,简写为IR）。信息数据符号对脉冲进行调制，其调制方式可以有多种。脉冲位置调制（PPM）和脉冲幅度调制（PAM）是最常用的两种调制方式。除了要对脉冲进行调制外，为了形成所产生的信号的频谱，还要用伪随机码或伪随机噪声（PN）对数据符号进行编码。一般是，编码后的数据符号引起脉冲在时间轴上的偏移，这就是所谓的跳时超宽带（TH-UWB，Time-Hopping UWB）。直接序列扩谱（DS-SS）就是编码后的数据符号对基本脉冲的幅度进行调制，这在冲激无线电（IR）中被称为直接序列超宽带（DS-UWB，Direct-Sequence UWB），这种调制方式似乎非常有吸引力[1]。
对于超宽带信号，也可以通过很高的数据速率来产生而根本不需要具备脉冲的特性。只要UWB定义所要求的相对带宽或最小带宽在整个传输过程中得到满足，那么，靠发射高速率数据而不是窄脉冲所产生的具有UWB射频带宽的系统，就不应该被排除在UWB系统之外。诸如正交频分复用（OFDM），在数据速率适当的情况下也可产生UWB信号。因此，OFDM也是一种超宽带的调制方式。
本文主要讨论TH-UWB、DS-UWB和OFDM调制方式。
4.1 PPM-TH-UWB 调制方式
4.1.1 跳时超宽带信号的产生
在结合了二进制PPM的TH-UWB(二进制PPM-TH-UWB或者PPM-TH-UWB)中,UWB信号的产生可以系统地描述如下(参见图4-1描绘的发射链路) [1]。
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-1 PPM-TH-UWB信号的发射方案
给定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率Rb=1/Tb (b/s)，图4-1中的第一个模块使每个比特重复Ns次，产生一个二进制序列：
(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=
(...,a0,a1,…aj,aj+1,…)=a
新的比特速率Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。这个模块引入了冗余，其实是一种被称为重复码的(Ns,1)分组编码器。一般术语上称为信道编码。
第二个模块是传输编码器，就是应用整数值码序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)和二进制序列a=(…,a0,a1,…,aj,aj+1,…),产生一个新序列d，序列d的一般元素表达式如下：
dj=cjTc+aj （4-1）
式中,Tc和 是常量，对所有的cj满足条件cjTc+ <Ts，通常 <Tc。
这里的d是一个实数值序列，而a是二进制序列，c是整数值序列.现在我们遵循最常用的方法，假定c是企业界随机码序列，它的元素cj是整数，且满足
0 cj Nh-1。 码序列c可能为周期序列，其周期表示为Np。两种特殊情况值得讨论。第一种,码是非周期的，即 ；第二种是Np=Ns，这是最常用的一种，这时的编码周期与二进制码重复的次数相等。我们必须牢记：传输编码扮演了码分多址编码和发射信号的频谱形成双重角色[1]。
实数值序列d输入到第三个模块，即PPM调制模块，产生了一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts(脉冲/s)的单位脉冲(Dirac pulses ) 序列。这些脉冲在时间轴上的位置为 ，因此脉冲位置在jTs基础上偏移了dj，脉冲的发生时间也可表示为( )。注意是码序列对c信号引入了TH位移，也正因为此，c被称为TH码。还要注意一点就是由PPM调制引起的位移 ，通常比TH码引起的位移cjTc小得多，即： ，cj=0除外。Tc称为码片时间(chip time)。
最后一个模块是脉冲形成滤波器，其冲激响应为。必须保证脉冲形成滤波器输出的脉冲序列不能有任何的重叠。
以上所有系统级联以后的输出信号 可表示如下：
(4-2)
比特间隔或比特持续时间，也即用于传输一个比特的时间Tb，可表示为：Tb=NsTs。在式(4-2)中，cjTc定义了脉冲的随机性或者说是相对于Ts整数倍时刻的抖动。如果用随机TH抖动 来表示由TH编码cjTc引起的时间上的位移，并假定 在0和 之间分布，则可得到：
(4-3)
正如前面提到的， 通常远大于 。这两个量的整体效果是产生一个分布在0和 之间的时间随机位移量，用 表示这个时间随机位移，可得发射信号的如下表达式：
(4-4)
更一般性地概括式(4-2)所表示的信号，其思想是：对于信息比特“0”和“1”，可以发射两个不同的脉冲波形 和 来分别表示。上面分析的PPM调制的例子，引入了 这个时间位移量，它的值根据它所代表的比特而有所不同，其实是上述思想的特殊例子，其中的 是 位移以后的波形。一种更一般的表达式：
(4-5)
当将 设置为- 时，式(4-5)也表示了PAM和TH-UWB的结合，即PAM-TH-UWB模型[1]。
4.1.2 PPM-TH-UWB的发射链路 系统模型如图4-2所示
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-2 PPM-TH-UWB 发射器的系统模型
图4-2中的第一个模块表示二进制源。这个模块的输出是发射到物理信道的二进制流。第二个模块表示重复码编码器。二进制流的每一个比特都被重复次。第三个模块仿真TH编码和二进PPM。这里考虑伪随机TH码。最后一个模块是脉冲形成。这个模块的冲激响应表示要发射的UWB信号的基本脉冲波形[1]。
4.1.3 PPM-TH-UWB 仿真结果及其分析
图（4-3）显示了参数设置如下时所产生的UWB信号
以dBm为单位的平均发射功率Pow， 信号的抽样频率fc， 由二进制源产生的比特数numbits， 平均脉冲重复时间Ts（单位为秒），每个比特映射的脉冲数Ns， 码片时间Tc（秒）， 跳时码的码元最大值Nh和周期Np，冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau（秒）， PPM时移dPPM（秒）。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=3e-9, Ns=5,
Tc=1e-9, Nh=3, Np=5, Tm=0.5e-9, tau=0.25e-9,
dPPM=0.5e-9
由图4-3中可以看到输出序列的前五个脉冲在其对应时隙的中间位置，而后五个脉冲则在其对应时隙的起始位置。
图4-3 PPM-TH-UWB 发射机产生的信号
图4-4 PPM-TH-UWB的幅度谱
由图4-4可以看出，TH编码和PPM调制都对幅度谱的高斯形状产生扭曲。PPM-TH-UWB信号的幅度谱将完全包含在无TH编码和无PPM调制的幅度谱包络中，这是因为以同样的形状和同样的平均功率传输等间隔脉冲的结果。
4.2 PAM-DS-UWB调制方式
4.2.1 直接序列超宽带信号的产生
直接序列扩谱（DS-SS）是一种著名的数字调制方式。这里，我们先回顾DS-SS的基本原理，并把主要精力放在它在UWB的延伸方面。
具有UWB特性的信号可以通过下面的过程产生：首先，用伪随机码或二进制PN码序列对要发射的二进制进行编码；其次，对一串窄脉冲进行幅度调制。这一过程可以看做是目前使用DS-SS系统的一种极端方式，此时脉冲在时域上是具有典型时间的奈奎斯特型脉冲或方波。让脉冲宽度远远小于切普间隔，很容易得到DS-SS-UWB的解析表达式。在传统的DS-SS系统中，RF发射信号是对载波进行幅度调制后得到的，通常使用二进制相移键控BPSK方式。而在DS-UWB中，如果没有专门的要求，这一过程可省略。[1]
更详细地，上述信号可以通过如下过程产生（见图所示发射链路）。
SHAPE \* MERGEFORMAT 图4-5 PAM-DS-UWB 信号的发射方案
假定待发射的二进制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率为Rb=1/Tb (b/s)，图4-5中的第一个系统将每个比特重复Ns次，得到序列：(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=a*，其速率为Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。与TH方式相似，系统引入的冗余相当于一个参数为(Ns,1)的重复码编码器。
第二个系统将a*序列转换成只含有正值和负值元素的序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，转换公式为：( ).
发射编码器将一个由 1组成、周期为Np的二进制码序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)应用到序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，产生一个新序列d=a·c，其组成元素dj=ajcj。通常假定Np等于Ns，更具一般性的假定是Np等于Ns的整数倍。注意，序列d的元素值为 1，这一点与序列a相同，其速率为Rc=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。
序列d进入第三个系统——PAM调制器，产生一个速率为Rp=Ns/Tb=1/Ts （脉冲/s）的单位脉冲（Dirac脉冲 ）序列，其位置在jTs处[6]。
调制器输出的信号进入冲洲响应为p(t)的脉冲形成滤波器。在传统的DS-SS系统中，冲激响应p(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲。而在DS-UWB系统中，与TH方式相似，p(t)是持续时间远小于Ts的脉冲。
以上系统级联后的输出信号可以表示为
(4-6)
注意，与TH方式相似，比特间隔或比特持续时间，即传输一个比特所用的时间是Tb=NsTs。
输出的波形显然是一个PAM波形。很容易知道，由于没有时移而且脉冲以规则的时间间隔出现，计算式(4-6)所示信号的PSD要比计算式(4-2)所示信号的PSD更容易。
上述方式的一种变形是使用PPM调制器代替PAM调制器，得到的信号可表示为：
(4-7)
注意到在式(4-7)中，由于码的伪随机特性，编码会起到白化频谱的作用。
4.2.2 PAM-DS-UWB 发射链路 其系统模型如图4-6所示.
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-6 PAM-DS-UWB 发射机系统模型
图4-6中的前两个模块分别表示二进制源和重复码编码器。第三个模块是在重复码编码器的输出端实现DS编码和二进制PAM调制。我们考虑伪随机DS码，分配给一般用户的是长度为NP的二进制码序列。最后一个模块是脉冲形成器[1]。
4.2.3 PAM-DS-UWB 仿真结果及其分析
图4- 7 由PAM-DS-UWB发射机产生的信号
图（4-7）显示了参数设置如下时所产生的UWB信号
以dBm为单位的平均发射功率Pow， 信号的抽样频率fc， 由二进制源产生的比特数numbits， 平均脉冲重复时间Ts（单位为秒），每个比特映射的脉冲数Ns， 码片时间Tc（秒）， 跳时码的码元最大值Nh和周期Np，冲激响应持续时间Tm, 脉冲波形形成因子tau（秒）， PPM时移dPPM（秒）。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=2e-9,
Ns=10, Np=10, Tm=0.5e-9,
tau=0.25e-9,
这个信号由两组脉冲序列组成，每组包含10个脉冲，每组映射信息源的一个比特。从图4-7中可以看出每二组的10个脉冲与第一组的10个脉冲在极性上是相反的。
图4-8 PAM-DS-UWB的幅度谱
由图4-8可以看出，幅度谱的包络具有基本脉冲的傅氏变换的形状，即高斯形状。且Np（信号每比特发射脉冲数）值越大，图形分布越宽，即幅度峰值越小。
4.3 OFDM调制技术
4．3．1 概述
多频带（MB）方式与本章前两节分析研究的IR原理不同。根据2002年，FCC公布的UWB定义，带宽超过500MHz的信号都是UWB信号。因此，按照FCC规定的频带范围3.1~10.6GHz，将此7.5 GHz的带宽分割成最小带宽为500MHz的若干个频带。为了尽量减小同窄带通信系统的相互干扰，UWB采用较小的功率，于是UWB信号对于窄带通信系统来说相当于热噪声，并不被窄带通信系统的接收机检测到，也可以避免特定频带上的非人为干扰[1]。
在每个子频带内可以使用不同的数据调制类型，并不一定要用IR方式，正确的频谱带宽可以通过合适的比特速率实现。应用最广泛的是众所周知的正交频分复用（OFDM）。
4．3．2 多频段OFDM-UWB信号产生
一个已调的OFDM信号由调制在不同载波频率 上的同个并行发射的信号组成。这些载波等间隔地位于频域上，其间隔为 。OFDM调制器输入的二进制序列每K比特编为一组，以产生具有N个符号的数据块{ }，这里假定 是L个可能的取值中的一个，K=N1bL。最后，每个符号调制一个不同的载波。为了并行传输数据块的N个符号，不同的调制载波信号在频率上必须正交[8]。
所有调制器使用相同的矩形波，其持续时间为T：
（4-8）
如果符号 在星座图中的点用 表示，OFDM信号中有N个符号的数据块的表达式如下[1]：
（4-9）
而相应的复包络是
（4-10）
其中 ，S（t）是周期为T0的周期函数。
式（4-9）中OFDM信号的数字变换相当于传输式（4-10）中复数包络的抽样值，也就是说传输序列可表示如下：
（4-11）
tc是抽样周期。
仿真OFDM调制信号，考虑的是OFDM各个载波使用QPSK调制的情况。仿真整个发射链路，产生式（4-9）的信号。
4．3．3 OFDM仿真结果及其分析 要发射的总比特数numbits； 调制信号的中心频率fp； 抽样频率fc； 每个符号在其相应载波上的传输时间T0； 循环前缀的持续时间TP；保护间隔时间TG， 矩形脉冲响应的幅度为A， OFDM系统的子载波数N。
(1) numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=60.6e-9; TG=70.1e-9; A=1; N=4;
图4-9 OFDM-UWB信号
图4-10 OFDM-UWB幅度谱
图4-10中的幅度谱由子载波的幅度谱叠加而成。
(2)numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=0; TG=50e-9; A=1; N=2;
图4-11 OFDM-UWB信号图
图4-11 OFDM-UWB信号幅度谱
对比以上两图，可以看出，在同样的时间里为了传输更多的符号，是以增加带宽为代价的，也就是增加子载波的数量。
4.4 总结
通过一系列的仿真,我们可以得出以下结论:PAM、PPM两种调制方法主要是为了进行信息数据符号对脉冲的调制，而信号中的伪随机TH码和DS码主要是为了产生信号的频谱，使信号的功率谱密度在采用伪随机码调制后变得更加平滑，不能干扰到其它已经存在的窄带系统[9]。
OFDM具有良好的抗多径干扰性能，通过频率的合理选择，能够同现存的窄带系统和开放频段的通信系统具有很好的共存性，同传统的超宽带系统相比有很大的优势[11]。
5 性能分析及应用前景
5.1 脉位调制(PPM)和脉幅调制(PAM)
脉位调制(PPM)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。按照采用的离散数据符号的状态数可以分为二进制PPM(2PPM)和多进制(MPPM)。在这种调制方式中，一个脉冲重复周期内脉冲可能出现的位置有2个或M个，脉冲位置与符号状态一一对应。根据相邻脉位之间距离与脉冲宽度之间关系，又可分为部分重叠的PPM和正交PPM（OPPM）。在部分重叠的PPM中，为保证系统传输可靠性，通常选择相邻脉位互为脉冲自相关函数的负峰值点，从而使相邻符号的欧氏距离最大化。在OPPM中，通常以脉冲宽度为间隔确定脉冲位置。接收机利用相关器在相应位置进行相干检测。鉴于UWB系统的复杂度和功率限制，实际应用中，常用的调制方式为2PPM或2OPPM[3]。
PPM的优点在于：它仅需要根据数据符号控制脉冲位置，不需要进行脉冲幅度和极性的控制，便于以较低的复杂度实现调制与解调。因此，PPM是UWB系统广泛采用的调制方式。但是，由于PPM信号为单极性，其辐射谱中往往存在幅度较高的离散谱线。对此超宽带信号的幅度谱仿真也证明了这一点。如果不对这些谱线进行抑制，将很难满足FCC对辐射谱的要求[10]。
脉幅调制（PAM）是数据通信系统最为常用的调制方式之一。在UWB系统中，考虑到实现复杂度和功率有效性，不宜采用多进制PAM（MPAM）。UWB系统常用的PAM有两种方式：开关键控（OOK）和二进制相移键控（BPSK）。前者可以采用非相干检测降低接收机复杂度，而后者采用相干检测可以更好地保证传输可靠性[3]。
当发射能量相同时，使用二进制PAM调制的信号可以比使用二进制PPM调制的信号获得更好的性能。
5.2 OFDM调制
OFDM有很多优点：能够提供较大的系统容量，具有较强的抗多径干扰、抗频率选择性衰落和频率扩散能力，适应多径和移动信道传播条件，能够适应不同设计需求，灵活分配数据容量和功率，可提供灵活的高速和变速综合数据传输可以实现较高的安全传输性能，允许数据在复数的高速的射频上被编码。由于OFDM技术的良好性能使得它在无线通信系统中得到了广泛的应用[12]。
OFDM技术是将频道资源分成若干个子信道，每个子信带再采用一定的调制技术，提高频率利用率。OFDM可与PPM、PAM等结合使用，将会有性能更好的调制技术出现。
5.3 UWB的应用前景
超宽带技术在通信、雷达和无线定位等领域都将有广阔的应用前景。近年来，人们对超宽带技术深入的研究使超宽带技术在系统理论、功率放大器、脉冲的产生与接收、同步、集成电路等方面取得了重大进步，尤其是在超宽带无线产生领域的技术进步，使超宽带通信成为无线网络的重要组成部分成为可能。
相对于传统的窄带无线通信系统，超宽带无线产生系统具有诸多优点和潜力，使超宽带无线产生成为中短距无线网络的理想接入技术。根据产生速率不同，挤兑超宽带无线传输系统也具有不同的特点和应用领域。
利用超宽带技术可以提供高数据率传输的能力与定位功能，可以设计依赖定位信息优化网络资源管理的WPAN或WLAN，并应用于多媒体传输、计算机通信和家庭娱乐等领域。
利用脉冲超宽带信号对障碍物的良好穿透特性与精确测距功能，可以设计既具有通信功能也具有定位功能的超宽带脉冲无线通信与定位系统。该系统包括传输距离远（通信速率低）、颁布式移动定位、便携、超低成本、超低功耗、定位可靠性和精度高等特点。因而可以广泛用于传感器网络、消防、公共安全、库存盘点、人员监护与救生等重要领域。利用超宽带脉冲信号低截获概率、保密性高和体积小的优点，该系统还可以应用与侦察、情报收集、伤员救护、武器制导等军事领域[8]。
超宽带信号具有很低的辐射功率，而这样的辐射功率分布在某些方面GHz的频率范围内，功率谱密度极低，类似白噪声频谱，具有低干扰、低截获概率特性；同时由于使用窄脉冲为信号载体并采用跳时扩频，接收端必须已知发射端扩频码的条件下才能解调出发射数据来，加上它对多径干扰具有很好的鲁棒特性，非常适合在军事保密通信的应用。非常低的辐射功率可以避免过量的电磁波对人体的伤害[7]。
结论
超宽带无线通信技术是目前发展的热门技术。它以其自身的优点，被研究人员广泛关注。超宽带无线电技术大体包括基带脉冲传输方式和带通载波调制传输的方式两大类。脉冲传输的特点是把信息调制在离散脉冲信号上发射，而带通载波调制传输的特点则是把信息调制在正弦载波上发射。本论文是以采用基带脉冲传输技术的经典超宽带无线电通信系统为基础进行研究的。
为了更好地了解超宽带通信系统，本文先概括地介绍了超宽带无线通信的基础知识。接着将仿真的基本工具MATLAB的使用说明简单介绍。然后，重点介绍超宽带通信的调制方式，主要包括对TH-PPM、DS-PAM和OFDM调制方式的介绍，并通过仿真图像加以对比，说明调制方式的优缺点。
常采用不同的调制方案，对系统传输速率、搞多径干扰能力有很大影响。对它们进行分析比较，对系统调制信号的设计具有一定的参考意义。通常，在一个通信系统中，应用何种调制方式不仅要看调制方式本身性能，还要根据系统总的设计加以考虑。
参考文献
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[9]牛?模?禾危??泶?尴咄ㄐ畔低车牡髦品绞窖芯浚?缱又柿浚?004
[10]邵怀宗，李玉柏，彭启琮，马永，时间脉冲位置调制的超宽带无线通信，系统工程与电子技术，2003
[11] Jeffrey H.Miller,”Why UWB? A Review of Ultrawideband Technology”, NETEX
毕业设计质量滑坡的原因既有社会大环境造成的客观因素，也有教学组织以及学生自身的主观因素。时代已经向前发展了，很多客观环境已经发生了较大的变化，而我们大多数工科专业的毕业设计教学模式仍然与几十年前一样。首先在时间安排上，仍然安排在第8学期，但实际情况已经大大地变化了。几十年前大学生由组织分配工作，很少有人去单位提前报到，第8学期绝大多数人都是待在校园里正常上课的。而现在的学生，尤其是工科专业的，大四下学期没有多少人是安心待在学校的。找到工作的基本上都提前上班或者被试用去了；没找到工作的则到处奔波于各场招聘会；甚至于已经考上研究生的学生也有不少外出应聘的，因为他们随时准备在读研和就业之间进行取舍。因此将毕业设计安排在第8学期，表面上是给了一个学期的充足时间，实际上学生真正用来做毕业设计的时间很少，甚至几乎没有。这个问题在强调高校就业率，同时就业市场竞争越来越激烈的大环境下，是无法通过简单地加强管理来解决的。第二个客观因素是随着扩招的深入，几十年前那种一个教授指导三两个学生的情况很少见了，现在是一个讲师指导七八个学生，工科专业尤其如此。虽然老师们都是尽心尽力，但是在有限的时间内同时指导过多的学生很难做到面面俱到。对于工科毕业设计来说，资源需求是个很大的问题。工科毕业设计需要通过工程实践来培养动手能力，这就需要包括设备、资金、场地在内的大量资源，普通教师是无力同时向这么多学生提供这些资源的。因此现在很多工科学生的毕业设计也和理科生一样以写论文为主，这也是没有办法的办法。另外教师和学生双方都存在一定的主观因素造成毕业设计质量的下降。很多指导教师考虑到学生求职的实际情况，或者由于自身工程经历有限，所出的毕业设计题目往往偏向理论方面，或者类似于课程设计的内容，起不到毕业设计的训练作用。而学生对于这种不能真正提高自己工程能力，甚至对课程设计中做过的题目也提不起兴趣，对毕业设计敷衍了事，双方相互作用，形成一种恶性循环。
二、工科本科生毕业设计改革途径的探讨
面对上述现实，我们必须对工科毕业设计进行教学改革，以下是几种可能的途径。
（一）改变毕业设计的时间选择，灵活安排
从第5学期开始就可以灵活机动地分批启动毕业设计，时间长度上也不必规定多长时间，只要质量达到了要求就可以结束。对于学生来说，这直接解决了毕业设计与就业的冲突。对于老师来说，由于学生做毕业设计的时间分散开了并且拉得比较长，解决了指导过程中时间不足和资源不足的问题。可能有人认为毕业设计时间提前，学生有些课还没学，条件不足，但笔者认为这恰恰会带来好处。长期以来，工科教学存在理论与实际脱节的现象，大学的前7个学期主要讲授理论知识，实践环节较少，而且很零散，很多实践环节仍然是为理论教学服务的。通过提前给学生一个贴近实际的毕业设计题目，可以让学生在专业课的学习上更有目的性，尤其是可以引导学生在专业选修课上围绕毕业设计题目形成一个系列，从而在某一个专门的工程应用领域建立自己的专长。虽然在做毕业设计的过程中，学生可能会遇到还没上过的内容，但这种挑战性不仅可以激发其相应的学习兴趣，更重要的是指导教师可以借此培养学生的自学能力，指导其发展研究能力，从授人以鱼变成授人以渔。也可能有人认为时间上会有冲突，因为学生还有大量的各类课程要学。但笔者认为内容大于形式，与其安排在空有形式的第8学期，还不如提早开始，加强管理，认真考核，这样学生就没有敷衍的理由。只要学生认真对待，笔者相信他们能够挤出来的时间会远远超过第8学期真正用在毕业设计上的时间。最后，这种安排有利于学生的就业。现在的工科生往往在第7学期就已经开始求职了。如果在第8学期进行毕业设计，学生在求职时由于缺乏工程实践的训练，即使成绩单很漂亮，也往往在面对用人单位时底气不足，甚至难以和招聘人员进行专业交流。而在第7学期时，学生的工程实践能力已经通过毕业设计得到了提高，则就业竞争力也会增强。
（二）部分已落实就业学生的毕业设计
可以面向其工作单位进行对于部分已经落实了就业单位的学生，其毕业设计可以利用学生进入企业试用的时间，选定学生所在企业生产和研发中某些具体的技术问题作为毕业设计的内容，并且可以利用学生所在企业的资源来支撑毕业设计，而指导教师主要提供理论和技术上的支持，这就避免了完全由教师出毕业设计题目而产生的空洞和盲目性，学生会很感兴趣。即使得不到用人单位的配合，仍然可以围绕学生今后从事的技术工作有针对性地设定毕业设计的题目来进行“定向培养”，起到了“扶上马，送一程”的效果。
（三）结合各类学科竞赛进行小组化毕业设计
现在工科有不少学科竞赛，比如挑战杯、电子设计大赛、飞思卡尔杯等等。对这些竞赛校方是愿意投入的，而且有些还能得到企业的协助。我们可以利用这些资源，把这些竞赛作为毕业设计的题目，同样能起到培养工程实践能力的作用。当然，这就必须改变以往那种毕业设计只能一人一题的规定，而是一个竞赛小组共同完成一个题目，只要在论文中体现出各自的技术分工即可。实际上团队合作也是一种重要的工程能力，是需要加以训练的。工科教学往往忽视了这种综合素质的培养，通过小组化毕业设计可以补上这一课。
三、结束语
参考日程
负责人
1．专业（或专业课群）确定题目及指导教师，并填写题目报表经主管院长认可
每学年第一学期12—14周
院教学秘书、教学院长
2．确定题目、学生报名、各学院汇总报表。各项准备工作就绪
每学年第一学期15—16周
院教学秘书、专业（或专业课群）负责人
3．各学院做好指导教师及有关人员的思想动员工作，并公布毕业设计（论文）工作要求及评分标准等有关规定
每学年第一学期末
教学院长
4．各学院做好学生的思想动员工作，下达任务书，向学生公布毕业设计（论文）要求及评分标准等有关管理规定。毕业设计（论文）环节开始运行
每学年第一学期末或第二学期第一周
教学院长
5．学生每人作开题报告或开题综述（文字的或宣讲。含文献综述、方案论证、进程计划等）各学院检查开题情况、教务处随机抽查
第二学期第1—4周
专业（或专业课群）负责人、院教学秘书、教学院长
6．期中检查，各学院教学院长领导，各专业（或专业课群）组织检查，学生每人口头汇报、解答问题。各学院对达不到教学要求的学生应给予警告；对优秀学生予以注意培养。各学院检查日程报教务处备案
第8—10周
专业（或专业课群）负责人、院教学秘书、教学院长，教务处随机抽查
7．毕业设计（论文）评阅
第16周
毕业环节指导小组
8．答辨：学生将毕业设计说明书或论文，按要求装订成册，由所在毕业环节指导小组答辨。必须有院级抽查答辨，并检查评分标准执行情况，不符合标准的，由教学院长、组织调整平衡，教务处抽查
毕业教学环节的最后一周内
专业（或专业课群）负责人、院教学秘书、教学院长
9．毕业设计说明书或论文由专业（或专业课群）负责人依据《规定》归档，并推荐评选优秀毕业设计（论文）及参加学校的优秀毕业设计（论文）答辩。
毕业教学环节的最后一周内
专业（或专业课群）负责人、院教学秘书
10．校优秀毕业设计（论文）答辩：各学院各专业推荐2—3名获优秀毕业设计（论文）学生，参加学校组织的优秀毕业设计（论文）答辩。
毕业教学环节的最后一周内
教务处
11．各学院总结毕业设计（论文）工作，并写出一份书面报告（含主要工作经验；毕业设计（论文）完成情况；成果、成绩评定；优秀的和最差的学生典型情况；指导教师工作突出的和差的情况，存在的问题和建议等）交教务处
第19周以前
教学院长
12．提前进行毕业设计（论文）的，原则上参照本规定执行，各阶段相应日程自定，并在开始前将工作日程报教务处
1选题探讨
如何从模具制造类企业的实际项目出发，制定既符合现实需要又能体现教育认知发展的设计项目选题。从企业的实际项目入手，将高校研究理论在真实项目实践中完成，体现产学研一体化应用转型，为模具企业的实际项目保证科学的理论支持。
2毕业设计形式
根据材料成型及控制工程专业工科学科的特点，培养社会需要的各类职业岗位技术能力，毕业设计应在形式上实现多元化，学生可以依据自己的特长完成产品结构的设计、制造工艺的研究，产品模拟分析或是生产管理的革新等等，不仅体现学生自身的个性特征，更能提高学生的职业兴趣，合理规划职业生涯。
3毕业设计时间安排
以往的毕业设计开展的时间与毕业实习和找工作交织，匆匆而过，质量难以保证。项目化毕业设计以教学大纲为依据，必须科学安排时间，合理处理毕业实习和设计的交融。
4毕业设计指导方式
按照前期对毕业设计的选题，必须建立与选题相适应的毕业设计指导方案。改变以往专职教师单一指导的模式，为保证学生的实践技能和理论水平的同时提升，实现企业和专职教师的联合指导模式。毕业设计答辩形式：在前期选题、综合指导方式模式基础上，改变从前学生讲、老师听，提问的单纯形式，结合学生设计的不同特点，采用企业技改提案、研讨会等答辩形式，给予学生展示自己研究成果的机会。毕业设计最终成绩评定办法：综合前面的研究，保证学生学有所用，进行全方位的评价，尤其关注企业对于学生毕业设计中展现综合能力的评定。
二项目化材料成型及控制工程专业毕业设计改革的创新点
1思路创新毕业设计改革的思路
创新在于以就业为导向，关注职业岗位能力需求，更好的实现校企人才“零对接”，以项目为载体，将材料成型及控制工程专业的毕业设计贯穿于大学培养的全程实践教学，提高学生实践能力，学习兴趣，增加就业砝码。
2方案创新从模具专业的市场
人才需求出发，以“理论够用，重应用能力”的能力本位培养方式为指导，改变以往理论过重，走过场，脱离实际生产的毕业设计方案，建立操作性强、针对就业性强的项目化毕业设计方案。这也是应用型本科工学发展的必然趋势。
3实践理论相结合
在材料成型及控制工程专业2010届毕业生毕业设计中采用项目化毕业设计方案，取得了不错的成效，学生普遍反映明白自己要学什么，干什么，为什么，主动积极性高涨，在实践中提出了一些实用的技改创新，服务社会。
4以就业为导向的项目化材料成型及控制工程专业毕业设计改革的应用价值
毕业设计的改革可以缓解高校与社会人才培养的矛盾，提高学生的就业，其应用价值主要表现在：（1）项目化的毕业设计方案有助于校企合作，用人单位提前介入人才培养，培养适合产业发展的技术人才。（2）项目化的毕业设计能够保证教学质量，提升职业能力培养。（3）项目化的毕业设计方案缩短了高校与就业从业的适应期，增加了学生的实际工作经验，帮助学生就业，提高学生的综合素质和职业能力。
三结束语
