时间：2023-03-14 15:15:53
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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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[11] Jeffrey H.Miller,”Why UWB? A Review of Ultrawideband Technology”, NETEX
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。
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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
家庭和办公室互连
笔记本、台式电脑、掌上电脑、因特网网关
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。
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+
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]。
参考文献
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[4]朱慧，苏锐，超宽带技术概述，信息技术，2006
[5]武海斌，超宽带无线通信技术的研究，无线电工程，2003
[6]徐征，UWB超宽带无线通信技术，中国电力教育2006年研究综述与论坛专刊，2006
[7]张新跃，沈树群，UWB超宽带无线通信技术及其发展前景，数据通信，2004
[8]张在琛，毕光国，超宽带无线通信技术及其应用，技术视点，2004
[9]牛犇，梁涛，超宽带无线通信系统的调制方式研究，电子质量，2004
[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
在整个系统中有三个子系统，它们分别是毕业设计教师管理、毕业设计管理员和毕业设计学生管理，这三个子系统的分配依据是各个系统的作用功能。这三个子系统又是由多个功能区域组成，配合毕业设计的管理，这三个子系统各自负责不同的区域，相互配合相辅相成。
1.1系统功能介绍之系统管理员①系统管理员主要负责基础信息的管理，比如说毕业设计从属的系别、作者即学生信息、课题老师、毕业设计的时间信息等等。其中毕业设计时间信息包括研究的申请时间、选题时间等，其中负责研究申请时间的功能区域的作用是记录指导老师报录研究的时间，在这一时间内老师完成课题研究的准备工作，这部分工作由教师完成，毕业选题时间主要是留给学生的，在这一时间内学生会根据自己的兴趣和能力在老师设计的课题下进行选择，在其它时候这一区域是关闭的，学生无法再次进行选题。②负责学生信息管理的是学生资格审查区域，在这一区域内可以搜索查阅参与设计的学生的基本情况，同时也可以对学生的课题研究进行确定和取消等操作。③在课题确定方面，教师并不是拥有全部的资格，在教师设计完课题后，系统的申报课题审核区域会进行核查，只有被此区域认可的设计才能够被学生选择。④课题的选择并不是单项的学生挑选老师或老师挑选学生，这是一个双向选择的系统，在系统内有关课题的选取都要遵循老师和学生双方的意愿，负责这一事项的是课题双选信息管理区域。⑤负责课题信息公布的是公告管理及区域。⑥在文档或表格资料区域中，教师和学生可以下载和课题有关的资料信息。⑦对毕业设计进行整理的是数据归档区域。⑧维护区域会对教师和学生的个人信息进行保护。⑨管理员信息维护区域主要作用是对系统内的管理员的信息进行保护。
1.2系统功能介绍之教师管理子系统①“我的课题“和“课题申报”组成了课题申报区域，“课题申报”是教师确定的研究课题，“我的课题”是学生选择课题的信息。②如果想知道本年度老师设计的毕业课题都有哪些，这些信息资料可以通过查看毕业设计题目区域进行查询。③已选课题和未选课题组成的选题区域可以随时供学生和老师查询，以便清楚的掌握课题选择的信息。④任务书的主要由任务书区域负责，主要服务于教师，用于课题的公布。⑤老师在接收开题报告区域接收下载学生的研究资料，主要包括开题报告、课题的素材以及与课题相关的英文文献资料。⑥如果学生在毕业设计过程中遇到了难题想找老师探讨，可以通过网上答疑区域解决，在此区域内，老师和学生可以探讨毕业设计的相关问题。⑦有关课题实时信息的了解可以通过查看管理员通知或公告区域，在此区域内会实时公开与毕业设计相关的信息。⑧想要下载资料则要进入下载文档或表格材料区域，此区域主要负责的就是资料的下载，下载的资料主要有检查表、评审表等。⑨对学生的毕业设计进行检查的是设计材料检查区域。⑩对毕业设计进行最终检查并确定的是检查论文正式稿区域。11对毕设设计进行整理留存的是上传归档数据区域。12在系统内对老师信息进行保护的是个人信息维护区域。
1.3系统功能介绍之学生管理子系统①学生通过查询毕业设计题目区域对老师设定的研究课题进行查阅，为毕业设计的进行做铺垫。②通过毕业设计选题区域对毕业设计的主题进行确认。③通过查看任务书区域对毕业设计的内容进行了解，同时选择适合自己的工作。④老师检阅的有关学生毕业设计的撰写报告，外文材料等资料是学生通过提交开题报告区域接收的。⑤而解决师生交流难题的是网上答疑区域，此区域包含三部分，分别是提问、回答及我的难题。⑥如果学生想知道有关毕业设计的相关信息，则要进入查看通知或公告区域。⑦学生想要下载的有关毕业设计的相关资料一般由下载文档或表格材料区域管理。⑧毕业设计的提交是由提交论文正式稿区域负责。⑨负责学生信息保密的是个人信息维护区域。
2系统设计过程中的重中之重和难关
2.1如何挑选系统设计和实施的平台在高等院校的毕业设计管理环节中，校园网的作用不容忽视，校园网的网络平台是互联网，主要包括有网络的操作、服务器、网络操作的硬件系统和客户操作软件系统。本研究中的系统采用的工具是微软的（c#），B端的数据访问技术是语言集成查询技术，数据库管理系统应用的是SQLServer2005。
2.2如何解决多位学生选择同一课题的情况在高效毕业设计课题选择中必然会发生一种情况，那就是有多个学生都选择了同一个课题，如果不对这一情况进行控制，那么课题研究人数就会过量，那么毕业设计信息的存储也会出现问题，所以必须对这一问题加以控制。在系统中对某个课题的最大研究人数、已选定的人数、剩余的人数都会进行设定显示，用于提示选题学生酌情选择研究课题。
3结论
高校毕业论文管理信息系统的研究，主要研究的对象是云南省曲靖师范学院，从曲靖师范学院的实际情况出发进行研究和开发，在对学院实际情况分析研究的前提下，采用软件工程方法对系统进行系统模型选择，结合ASP技术，以MicrosoftVisualStudio2005和SQLsevter2000作为开发工具，设计开发一个基于ASP的高校毕业论文管理信息系统。以实现毕业论文设计和论文撰写的管理信息化和网络化，减少师生在毕业设计中的工作量为目的，系统设计完成后管理员能对导师及学生进行相应的管理，导师选题后需经过管理员审核才能被学生选择。导师可通过网络提交自己的论文题目和资料，浏览已经选了论文题目的学生信息资料；学生可通过网络直接选老师在网络上的论文题目，在系统中完善自身资料，提交开题报告等功能；高校毕业论文管理信息系统的开发，主要是为了使高校毕业论文管理能快捷、方便的进行，以提高工作效率，最终减少师生工作量的目的，高校毕业论文管理系统的开发对改进教学管理，提高教学质量有着十分重要的意义。
1.国内外研究现状
随着教育产业化进程的逐步推进，许多高校走上了强强联合的道路，高校的规模不断的扩大，为合理的利用教学资源，加强教学管理工作，对学生进行网络化管理已经成为一种趋势。目前，很多高校都具备了相关的管理软件对学生的学籍、成绩等都采用了网络化管理技术，但毕业论文的管理大多采用单机管理模式。这种管理模式只能简单的完成论文的输入和输出工作，而毕业设计过程中如：出题、选题、资料交流论文检查等任务只能靠师生的手工操作来实现。
国外高校很早就开发了实现毕业论文管理网络化的系统，如英国诺丁汉大学很早就开发了专门的毕业论文管理系统用于实现毕业设计的网上双向选择，国内高校近几年也有了相关软件来实现毕业论文设计的网络化管理，但在服务范围、服务质量、机构设置等方面与国外高校相比都存在一定的差距，造成这种现状的原因是国外信息化建设起步早，网络应用及设计都更见成熟并具有稳定的技术队伍，网络发展稳定，而国内信息化的建设与国外相比就显得起步较晚，虽然发展迅猛，但由于缺乏像国外那样成熟的网络技术加上信息化发展时间较短。在实现校园管理信息化的进程中，国内各高校面临既要不断投资购建各种硬件、软件和网络，又要不断开发各类应用于教学、教务、科研、办公管理等应用系统的两大难题，在信息起步晚，技术队伍不稳定规模不大的背景下，国内高校经过发展虽然也初步形成了具有一定规模的信息化建设体系，但是由于整体信息化程度落后，信息化建设任务多而重、经费短缺，理论体系不完善等原因，导致国内高校教务管理系统仍然不完善。
2.高校毕业论文信息管理系统研究的主要内容
高校毕业论文管理信息系统的设计采用ASP的C#编程技术和SQLserver2000数据库工作平台结合Dreamweaver作为开发工具进行设计，本系统研究的最终目的是实现以下功能：
（1）学生：能实现选择自己的导师及毕业论文设计题目，浏览公告、修改信息、给导师留言等功能。
（2）导师：能够通过网站给学生毕业设计的课题，供学生选择；可以浏览本站的所有信息，可以给自己的学生、其他教师和管理员进行留言，并查收自己的留言。
（3）管理员：可以对学生、导师、通知等的基本信息进行修改、删除等的操作。
3.高校毕业论文信息管理系统功能介绍
系统的主要功能是通过几个功能模块来实现的。具体的设计过程如下：
（1）系统登录模块：将用户分为学生、教师和管理员三种不同的角色登录以实现用户权限的管理，加强系统的安全性及稳定性。
（2）学生模块：①查看通知②查看论文题目导师信息并进行选择③留言：提供学生和导师之间的相互留言。
（3）导师模块：①查看通知②提交论文题目③留言：提供学生和导师之间的相互留言。
（4）管理员模块：编辑、删除、添加用户，对老师论文题目进行审核，查看修改学生基本信息、导师基本信息、学生和导师之间的留言等，对系统进行全面管理。
4.毕业论文管理信息系统的设计
系统要具备易操作、美观、安全等特点，所以在对系统进行外观设计时，要充分考虑到网站的可视性及美观性，界面设计要力求达到层次分明、简单大气、兼顾美观、突出重点、有吸引力等特点。在系统的后台代码设计上要能够精炼，确保系统的稳定性及安全性。
4.1 系统登陆界面的设计
系统的登录界面能起到管理系统安全性的作用，高校毕业论文管理信息系统的用户名和用户密码保存在用户表中，本系统有三种权限学生用户：学生、导师和管理员。不同的用户在不同的角色选框中进行登陆，系统通过在用户表中加入power属性来判断用户的权限并进行身份验证，若用户名和密码都正确，系统将跳转到与角色相对应的页面，若用户或密码错误，则提示“您必须输入有效的用户名和密码的提示信息。”
4.2 系统主要界面设计
本系统的主要界面如下：
（1）学生选题界面：本界面主要包含我的信息、修改密码、修改资料、可选题目、帮助信息、打印本页、退出等选项，学生从登录界面正确登录后将跳转到本页面，学生在本界面可以根据自己的实际情况进行相应的操作，可进行修改个人的资料修改密码，查看可选题目及教师相关信息等操作。
（2）学生个人资料修改界面：本界面的提供学生的基本信息修改功能，学生可在本界面下对自己的功能进行修改和完善。
（3）教师提交选题界面：本界面主要功能是让教师通过本网站进行毕业论文题目及论文说明的，通过本界面提交毕业论文题目，在通过管理员审核后即可作为学生选题。
（4）系统功能设定界面：此界面是在管理员模块中的一个子模块，通过本界面的相关操作，可以实现对选题系统、添加课题、审核课题、学生注册等功能的开通和关闭操作、实现网站的分时处理，在相应时刻提供相应操作，减少了系统的开发加大了系统的安全性。
（5）审核题目界面：本界面罗列出各教师的相关毕业论文课题的相关信息，通过本界面可以知道老师的毕业论文所面向的专业、学生选择状态的信息，通过功能选项可实现对教师作废毕业论文的删除操作。
5.毕业论文管理系统的测试
由于条件限制，系统未能经过大规模访问及超大容量数据库测试，仅进行了小范围及叫嚣数据库测试。测试结果为基本测试：测试显示系统的用户功能全部实现，能够满足用户的各项要求。并发性测试：系统的并发性测试显示多用户同时登录时未出现不正常状态，服务器对不同用户请求进行分布处理，工作正常。容错性测试：系统对非法请求进行限制，对非法操作进行正确提示，限制非法用户访问页面。
关键词： B/S结构；毕业论文；信息化；；Access
毕业设计是高校教学的重要组成部分，培养大学生综合运用所学基本理论、基本知识、基本技能分析和解决学科内某一实际问题的能力，使学生的科研能力得到一次完整的综合性训练。在提高学生综合运用知识、培养分析与解决问题能力方面有着重要作用，是完成专
业培养目标的重要实践教学环节。但当前不少高等院校在毕业设计（论文）这一环节的管理主要还是采取传统人工管理模式，在资料整理、资源共享、选题、论文撰写及指导、格式检查等诸多方面存在管理成本高、效率低、效果差等系列问题。而且传统毕业设计中的毕业论文管理没有合适的交流平台，都是教师和学生单向沟通。
1 系统的体系结构及开发环境
当前高校毕业生毕业设计环节与毕业生实习、找工作等环节相互交织，导致他们与指导教师之间经常存在时间和空间上的冲突。根据上述情况，本文将设计基于B/S结构的毕业论文信息管理系统，其优势在于基于B/S结构的系统能够通过Internet实现网上操作，打破时间和地域空间的限制，克服传统管理方式下指导教师与学生必须见面交流或打电话交流等存在的不足。该信息化系统主要完成对毕业生选题的管理、教师指导课题至最终给出论文成绩过程的管理以及管理员对学生和教师信息的管理等。
该信息化系统采用B/S三层体系结构：表示层、应用层和数据层，如图1所示。
图1 系统三层体系结构图
其中表示层提供应用程序的用户界面，即客户端浏览器，用户通过浏览器访问本系统；应用层实现业务功能，是系统的核心部分，这一层为表示层提供功能调用，同时它又通过调用数据层所提供的功能来访问数据库；数据层位于底层，以为接口，主要处理应用层对数据的请求。数据层可以对数据库中存放的数据进行插入、修改和删除等操作。
该信息化系统运用 3.5+CSS+C#技术，以Visual Web Developer 2008为开发平台，基于B/S结构，使用IIS构架Web站点，以Access为后台数据库，通过访问数据库。
2 系统需求分析
根据毕业设计进行的过程，毕业论文信息管理系统主要分为三个模块：管理员，教师和学生。该信息化系统工作流程如图2所示。
图2 系统工作流程图
管理员首先在登录界面登录系统，通过系统的身份验证后，进入管理员界面进行操作。管理员主要进行公告公布，对用户进行添加、删除、密码修改等操作。同时可以查看系统各类数据，提取及整理数据，将结果向上级报告。
学生用户与教师用户的功能相对应，先选报指导教师和相应课题。如果该学生未被所选报的指导教师选择，可改选其他指导教师。若被指导教师选择为所指导的学生，将不能再改报其他指导教师。选报指导教师成功的学生可以在该指导教师的课题方向中做出选择，指导教师可以根据选报学生的具体情况确定该学生的选题，或指定该学生做某方向的课题。课题选定后学生方可进行毕业论文的相关工作，撰写论文后上传论文，并查看指导教师的点评，重新修改论文以及重新上传论文。论文通过后，学生可以通过毕业论文信息管理系统查看自己的论文成绩。
该信息化系统实现了毕业论文选题过程中的双向选择。学生可以选择指导教师并选择其提供的课题，同时指导教师也可以根据学生情况及课题的被选择情况选择合适的学生及其课题。使学生的论文选报工作灵活、高效。同时要求教师有较高的教学及论文指导水平，否则可能面临没有学生选报的尴尬处境。这也是教学改革中的一个重大进步。
3 系统的实现
3.1 系统功能设计
根据系统需求分析，在整个系统中用户登录模块首先进行身份（管理员、教师和学生）验证。当身份验证成功后，分别进入不同的模块进行相应操作，具体的功能模块图如图3所示。
图3 功能模块图
3.2 数据库设计
该信息化系统的功能就是在进入毕业论文信息管理系统后，教师指导学生进行毕业设计。系统数据库主要包含学生表、教师表、管理员表、系统公告表和系统状态表等。数据库主要约束关系如图4所示。
图4 数据库约束关系图
3.3 功能实现
3.3.1 登录功能
首先用户通过登录界面选择相应的身份进行登录，把用户输入的用户名和密码与数据库中存储的用户名和密码相比较，如果正确无误则进入相应身份的操作页面，如果错误，将进行提示。
本系统主要分三类用户类型，将三类用户登录界面合而为一实现，只需选择不同的用户类型即可。实现代码如下：
if
（Roles.FindUsersInRole（DropDownList1.SelectedValue.ToString（）.Trim（），user_no.Text.Trim（））.Length>0）
{ RegisterStartupScript（""，"alert（'登录成功！'）"）；//清空文本框
Session["logid"] = user_no.Text.Trim（）；
Session["Roler"] =DropDownList1.SelectedValue；
if （Session["Roler"] =="管理员"）
Response.Redirect（"ManagerMain.aspx"，false）；
if （Session["Roler"] == "指导老师"）
Response.Redirect（"TMain.aspx"， false）；
if （Session["Roler"] == "毕业生"）
Response.Redirect（"SMain.aspx"， false）；
user_pass.Text = user_no.Text = ""；
}
3.3.2 管理员功能的实现
管理员界面的功能包括公告、学生用户管理、教师用户管理、分组管理等。
导航菜单是一个系统的导航图，用户能快速、熟练地使用系统中的各个功能就必须要有一个清晰的导航菜单。导航菜单使用C#、CSS、图片等技术实现，能够点击展开或收缩。并在右侧显示相应内容，便于操作。
3.3.3 教师功能实现
教师界面包括查看系统公告、学生信息、学生选报情况等，教师在此界面下可以对学生进行选择等操作，修改密码、课题方向和添加个人信息等。
3.3.4 学生功能实现
学生主界面包括查看教师信息，课题选择、论文提交、查看点评、成绩查询、修改密码等功能。
4 总结
基于B/S结构的毕业论文信息管理系统实现了网上选题、网上指导学生进行毕业设计等工作，使得学生可以在任意地点、任意时间进行选题。同时实现了教师与学生的双向选择，既提高选题质量和效率，确保选题的公平、公正、合理，也为指导教师和学生顺利高效地完成毕业论文整个工作提供了便利的平台。■
参考文献
[1]聂强，邹赛，刘忠利.基于信息平台整合对高职院校毕业设计过程监控信息化研究[J].西南师范大学学报：自然科学版，2011，36（4）：142-146.
[2]洪建峰.基于Web的毕业论文指导交流系统设计与应用――以上海电视大学毕业论文为例[J].中国教育信息化，2011（13）：49-51.
[3]刘芳，牟廉明.基于UML的毕业论文管理系统的设计与实现[J].内江师范学院学报，2009，24（8）：55-58.
【关键词】本科毕业设计 过程管理 信息系统
1 前言
高等学校本科毕业设计（论文）是本科实践教学过程中的重要环节，更是本科教学计划的最后一个重要环节，是衡量本科教育培养水平的重要依据。
如今，随着社会的发展，高校教学规模的逐步扩大与深化、毕业设计（论文）任务布置环节的逐渐细化都将有效地促使毕业设计过程管理的信息化、现代化。然而，现阶段毕业设计的过程管理大多依然沿用传统人工管理的方式，这样既不能满足近年来高校连续扩招的要求，同时也对提高高校本科教学秘书的工作效率产生了制约。本论文在对本科毕业设计过程管理流程和方法研究的基础上，希望通过在其中引入信息系统的应用，提高本科毕业设计工作的效率，从而进一步促进本科教学相关环节的进步。
2 本科毕业设计（论文）过程管理信息系统的应用探索
2.1 实际过程管理工作程序分析
为了完成本科毕业设计过程管理的信息化，有必要了解本科毕业设计过程管理工作的程序，从而为后续工作提供坚实的基础。实际本科毕业设计过程管理工作程序有十余个阶段，包括成立毕业设计指导组、教师题目申报、题目审查、公布题目学生选题、选题结果统计、实施阶段、答辩资格审查、毕业设计论文评阅、毕业设计答辩、成绩评定、毕业设计总结、整理归档。
2.2 实际过程管理工作问题分析
（1）学生。现有工作程序下，学生在选题、开题、中期、答辩资格审查、答辩过程中需要多次重复填写个人信息和论文信息，这不仅增加了学生的工作量，也给管理者的核对、整理、归档工作增加了负担，而且由于数据量大，繁琐复杂，工作中极易出现错误。
（2）教师。在现有工作程序下，教师在题目申报和审查过程中，需要多次提交、修改题目、背景等相关信息，如不能及时更新数据，将对后续工作的进行产生影响。
（3）管理者。毕业设计整个过程中，作为管理者要面临来自学生、教师的各种信息数据，数量庞大，且需要随时更新；学生选题和答辩资格审查仍然需要人工审核，无法实现与学校现有教学系统数据的对接。
2.3 信息系统设计方案
2.3.1系统功能
本系统由相互管理的学生、教师、管理者共同组成。
（1）管理者
1）信息维护。通过现有教学管理系统导入学生、教师个人信息，设置操作权限，并对用户信息进行添加、修改，毕业设计相关通知、公告。
2）审查管理。设置毕业设计题目、类型等基础参数，审查教师申报题目、学生提交文档及学生答辩资格，完成开题、中期检查和毕业设计答辩成绩录入。
（2）教师
1）信息维护。对个人信息进行维护，申报、修改、删除题目，查看申报题目审核状态，查阅毕业设计通知、公告及学校相关管理规章制度。
2）审查管理。评阅论文，对论文进行修改、删除，提交评阅分数、意见，对学生进行选择，回答学生咨询的问题。
（3）学生
1）信息维护。对个人信息进行维护，查阅毕业设计通知、公告及学校相关管理规章制度。
2）查阅管理。查阅指导教师信息、题目信息，提交论文，查看论文审核状态，查看各阶段评阅分数，向指导教师、评阅教师进行咨询。
2.3.2方案设计
在对实际过程管理工作中问题分析的基础上，提出信息系统管理方案。设计本科毕业设计过程管理信息系统，具体工作流程如下：
（1）准备基础数据表。本系统需要准备多张相关基础数据表，包括学生信息表、教师信息表、管理员信息表、题目选择状态表、相关文件表、专业信息表等。由管理员向系统直接导入学生、教师的相关文件及专业信息表，为后续毕设工作提供基础数据。
（2）基础数据操作。该阶段由指导教师陆续在系统中录入申报题目相关信息，管理员对教师所申报题目进行审查，审查通过的题目由管理员公布在系统，此时学生可以查阅题目信息及指导教师信息，并进行选题。选题结束后毕设工作正式开始，在开题和期中检查过程中，学生需要在系统内完成相关信息的填写，由检查小组组长在系统内录入学生各环节成绩。
（3）评阅答辩阶段。管理员通过系统对学生答辩资格进行审查，然后向教师分配论文评阅工作，教师使用系统评阅论文并录入评分及评语。答辩结束后由答辩小组组长在系统内录入学生答辩成绩，系统根据规定比例自动计算学生总评成绩。完成录入工作后，系统自动生成相应表格并可以打印，方便整理归档。
3 结语
为了改善传统毕业设计整个过程管理效果不佳的普遍问题，本文重点用现代高等教育理论方法，结合毕业设计（论文）教学管理的实践， 提出了构建本科毕业设计（论文）教学管理的信息系统的解决方案，既规范毕业设计选题和管理过程，还可以综合提升教师、学生、管理者的工作效率。
【参考文献】
[1]赵洁.本科毕业设计（论文）教学管理信息系统的应用研究[J].广东工业大学学报，2007，（6）.
