时间：2023-03-16 16:29:33
序论：在您撰写通信工程毕业论文时，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。
关键词：通信工程；发展现状；网络安全；解决对策
1发展现状
我国通信工程专业是源于电机系电机工程专业，并由有线电、无线通信、电子技术等专业相互渗透、相互补充而发展起来的一门综合产业。在20世纪的初期，我国的多所大学就曾经先后建立过“无线电门”和“电讯组”，建国以后，我国高等学校在苏联高等教育的基础上，对各高校的电机系和电机工程专业进行大规模的调整，为现代通信工程技术的人才培养积蓄着雄厚的力量。
通信工程在我国真正地进入快速发展是在20世纪80年代，这个时期从美、日、英等发达国家吹过来的信息革命这股飓风。为我国通信工程专业的发展增添了强劲的动力，也是从这时起，通信工程专业有了它现在的名称。大量的技术成果如：晶体纤维生长与晶体光纤器件的研究，光纤高温传感器、光纤环形腔的细度及环形激光器的研究，窄线宽可调谐半导体激光器及相关技术等都走在了世界的前沿。
2存在的问题
随着信息技术的广泛应用。人类社会经历着一场前所未有的全方位的深刻变革，网络通信已广泛地应用于政治、军事，经济及科学等各个领域，它改变了传统的事务处理方式，对社会的进步和发展起着很大的推动作用，与此同时，人们也越来越意识到信息安全的重要性，因此，信息在网络通信中的安全性、可靠性日趋受到通信网络设计者与网络用户的重视。
鉴于信息安全开始对国家安全产生了重大的影响，需要准确认识信息安全的基本问题与表现方式，清晰了解保障信息安全所依赖的信息网络化的客观规律。从而做到有的放矢，以便真正发挥作用，在这里我们着重讨论通信工程中的网络通信安全。网络通信安全一般是指网络信息的机密性、完整性、可用性、真实性、实用性、占有性。从技术层面上来看，反映在物理安全、运行安全、数据安全、内容安全四个不同的层面中。而现在网络通信的安全问题可以大体分为；内网通信安全和网络问信息传播安全两个方面。
3解决对策
3.1内网通信安全
3.1.1采用安全交换机
由于内网的信息传输采用广播技术，数据包在广播域中很容易受到监听和截获，因此需要使用安全交换机。利用网络分段及VLAN的方法从物理上或逻辑上隔离网络资源，以加强内网的安全性。
3.1.2操作系统的安全
从终端用户的程序到服务器应用服务、以及网络安全的很多技术，都是运行在操作系统上的。因此，保证操作系统的安全是整个安全系统的根本。除了不断增加安全补丁之外，还需要建立一套对系统的监控系统。并建立和实施有效的用户口令和访问控制等制度。
3.1.3使用网关
使用网关的好处在于网络数据包的变换不会直接在内外网络之间进行，内部计算机必须通过网关。进而才能访问到Internett这样操作者便可以比较方便地在服务器上对网络内部的计算机访问外部网络进行限制。
3.1.4使用密钥管理
在现实中，入侵者攻击Internet目标的时候，90％会把破译普通用户的口令作为第一步。以Unix系统或Linux系统为例，先用“fjnger远端主机名”找出主机上的用户账号。然后用字典穷举法。
如果这种方法不能奏效，入侵者就会仔细地寻找目标的薄弱环节和漏洞，伺机夺取目标中存放口令的文件shad－OW或者passwd.然后用专用的破解DES加密算法的程序来解析口令。
在内网中系统管理员必须要注意所有密码的管理。如口令的位数尽可能的要长；不要选取显而易见的信息做口令；不要在不同系统上使用同一口令；输入口令时应在无人的情况下进行；口令中最好要有大小写字母、字符、数字；定期改变自己的口令：定期用破解口令程序来检测shadow文件是安全。没有规律的口令具有较好的安全性。
3.2网络间信息传播安全
所谓的网络信息传播安全主要是指网络信息在传播的过程中应保持信息本身的完整性、可用性和机密性。信息网络的通信是由通信协议堆栈完成的，通信协议大致可分为应用层、传输层、网络层、链路层和物理层，采用通信协议分层的方式对网络通信进行安全控制可满足信息网络安全通信的需要，保障信息传输的机密性、完整性和可用性，接下来，我们就保证信息传播安全的技术和方法进行探讨。
3.2.1采用数字签名技术
所谓“数字签名”就是通过某种加密算法生成一系列符号及代码组成电子密码进行签名，来代替书写签名或印章，对于这种电子式的签名还可进行技术验证，其验证的准确度是一般手工签名和图章的验证而无法比拟的。它能验证出文件的原文在传输过程中有无变动。确保传输电子文件的完整性、真实性和不可抵赖性。这样数字签名就可用来防止有人修改信息等情况的发生，可以进一步保证信息的完整性、保密性，强化身份识别功能和不可抵赖性，同时数字签名技术还可以提高交易的速度和准确性。
3.2.2数字集群系统网络技术
数字集群系统的信息安全主要涉及用户鉴权、加密、分级用户管理、日志管理、虚拟专网。数字集群系统分为专网运营和共网运营两种方式。数字集群网络对于网络的容量、通信覆盖率、呼叫建立成功率等都有更高的要求。
数字集群通信系统经常应用于应急通信，因此其业务量具有突发性，拥塞控制对于数字集群通信网络也就尤其的重要。拥塞控制可以通过多种方式来实现。数字集群网络的网络结构还具备更高的抗灾变能力，对于重点地区进行基站的双覆盖，由于数字集群系统担负着应急通信的重大使命。因此通常其社会效益要重于经济效益，因此有必要投入一定的资金来提升网络的可靠性。
3.2.3采用量子密码信息加密技术
量子密码术是密码学与量子力学结合的产物，这种加密方法是用量子状态作为信息加密和解密的密钥。量子的一些神奇性质是量子密码安全性的根本保证。到目前为止主要有三大类量子密码实现方案：一是基于单光子量子信道中海森堡测不准原理的方案；二是基于量子相关信道中Bell原理的方案；三是基于两个非正交量子态性质的方案。
量子密码的研究进展顺利。某些方面尤其是量子密钥分发已经逐步趋于实用。面对未来具有超级计算能力的量子计算机，现行基于解自然对数及因子分解困难度的加密系统、数字签章及密码协议都将变得不安全。而量子密码术则可达到经典密码学所无法达到的效果。可以说，量子密码是保障未来网络通信安全的一种重要的技术，我们即将进入到一个量子信息时代。
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。
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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。
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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
[1]葛利嘉，朱林，袁晓芳，陈帮富，超宽带无线电基础，电子工业出版社，2005，1~110
[2]葛利嘉，曾凡鑫，刘郁林，岳光荣，超宽带无线通信，国防工业出版社，2005，76~107
[3]常远，UWB无线通信系统信号产生和调制技术的研究，哈尔滨工程大学优秀硕士论文，2006
[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
［关键词］通信工程；培养模式；课程体系；实践环节
0引言
大连海洋大学是我国北方地区唯一的一所以海洋和水产学科为特色，多学科协调发展的涉海高等院校，为振兴辽宁老工业基地，适应辽宁省及全国沿海省市对海洋渔业通信工程发展的需要，发展区域经济，满足我国和全省经济建设对海洋渔业通信工程专业人才的需求，大力发展信息产业建设，通信工程专业自2003年开始招生。在开办的这十二年时间里，我们下大力气，狠抓专业建设规范，注重教学质量。随着本专业师资力量的逐步增强，我们对本专业的发展现状、发展规律的深入研究把握，对专业定位的认识逐步统一，大连海洋大学通信工程专业的特色目标和人才培养目标逐步清晰明确。
1培养目标
大连海洋大学信息工程学院通信工程专业是从学校的学科专业结构特点和学科特色出发，合理配置学校的教学资源，在电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术、船舶与海洋工程和航海技术的学科交叉基础上设立的专业。学校以提升人才培养质量为核心，立足辽宁，面向黄、渤海，辐射全国，为区域经济建设服务，为国家水产和海洋事业服务，致力于培养德、智、体、美全面发展，知识面宽，基础扎实，综合素质高，具有创新精神和实践能力，敬业、专业、乐业、创业的复合性应用型人才的人才培养战略。在人才培养过程中注重培养学生的自主性、研究性学习的能力和分析问题、解决问题的能力，结合地方经济社会发展需要确定本专业的培养目标、任务和要求，加强海洋渔业通信方面的特色教育。在多年办学经验的基础上，经多方调研，结合本校实际，制定并逐步完善了通信工程专业的培养目标：以培养德、智、体、美全面发展，熟练掌握通信技术、通信系统和通信网络的基本理论、基本知识和基本技能与方法，并具备电子和计算机技术等方面知识，具有较强的工程实践能力，能够从事固定通信、移动通信及船舶通信等现代通信系统及设备的研究、设计、开发与应用的，具有海洋、渔业科学背景的人才。
2课程体系的改革和优化
课程体系主要包括课程设置、教学内容及课程结构，是教学思想、教育理念的具体化，也是实现创新能力培养与综合素质提高的保证。课程设置是否科学，教学内容是否合理，直接影响创新能力的培养与综合素质的提高。按照我校建设“蓝色大学”理念，构建了通信工程专业蓝色人才培养方案。培养方案坚持“加强通识教育、拓宽学科基础、凝练专业方向、提升实践能力、培养创新精神”的人才培养原则，优化人才培养过程，构建课内、课外一体化的培养模式，依照“浅蓝、蔚蓝、湛蓝、深蓝”的蓝色课程体系，用蓝色课程元素来承载水的精神与海的文化，延伸至涉海涉水教学内容要素。（1）浅蓝（通识课程）包括公共基础课（思想政治理论课、大学外语、大学计算机基础、高等数学、大学物理、体育等），公共选修课（军事理论、健康与安全教育、选修课），公共集中实践环节（军训）。通识课程虽然不一定与通信专业有直接联系，但它是培养具有远大的理想、高尚的情操、科学的思维、可持续发展的能力和健康的心里的人才，为进一步学习提供方法论的不可缺少的课程。基于学校开展课程建设的“双百工程”，从公共选修课着手，打造了蓝色海洋类、人文与社科类、艺术与体育类、自然科学与技术类共100门校级精品视频公开课。其中蓝色海洋类公共选修课有利于进一步加深学生的海洋知识背景。（2）蔚蓝（学科基础课）包括复变函数、电路理论、信号与系统、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术、数字信号处理、微机原理与应用、电磁场与电磁波、单片机原理与接口技术、通信原理等。学科基础课是通信工程专业学生必须具有的基本知识结构，为专业课程提供有效的支撑，使学生具备本专业的基础理论和基本工程应用能力，有独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的能力及开拓创新精神，为学生后续学习专业方向课打下坚实的基础。（3）湛蓝（专业课）包括专业必修课（电子线路仿真、电子线路CAD、移动通信、计算机通信、DSP技术与应用）、专业方向课、专业任选课（C＋＋高级语言程序设计、随机信号处理、电视原理与技术、现代通信系统仿真技术、计算机网络安全、嵌入式系统开发技术、数据结构C、扩频通信、通信工程专业英语）。通过对其他高校相同专业的大量调研，反复论证比较，通信工程专业设立两个专业方向：通信工程（程控交换技术、船舶通信、光纤通信）、计算机通信（数字通信、多媒体通信技术、计算机网络技术）。通信专业依托海洋信息技术，在船舶通信、船舶导航、海洋渔业3S技术等方面进行了卓有成效的尝试，同时，紧随时代的发展，对部分课程进行压缩和调整，开设一些学生喜爱的，又能与现实接轨的课程，如扩频通信、嵌入式系统开发技术等选修课。（4）深蓝（专业集中实践环节）包括模拟电子技术课程设计、数字电子技术课程设计、电子线路仿真课程设计、电子线路CAD上机、高频电子技术课程设计、现代通信系统仿真技术上机、通信原理课程设计、单片机原理与接口技术课程设计、通信工程专业教学实习、通信工程专业实习、通信工程专业毕业设计（论文）等。专业集中实践环节对培养通信专业逐步树立工程观念、提高解决工程实际问题的能力和创新能力，有着极为重要的作用。
3强化实践环节，培养提高创新能力
通信工程专业将实践环节作为培养学生创新精神和实践能力的主要途径，制定了科学合理的实践教学方案，构建了多层次、全程化实践教学体系，较好地保证了通信工程专业实践教学的需要。坚持实践教学与理论教学并重、实践教育与创新教育结合，对构成实践教学的各个要素进行整体设计，所有的实践环节围绕培养学生实践动手能力和创新能力而展开，把实践环节分成实验教学、课程设计、实习、毕业论文（设计）、科技创新五个模块，模块之间衔接紧密、层层推进，为学生从入门到提高再到创新夯实基础。
3.1实验教学
实验教学模块主要依托辽宁省海洋信息技术重点实验室、辽宁省实验教学示范中心，以提高实验动手能力为主线，以掌握基本实验技能和方法、融会贯通科学知识、促进创新思维为主要教学目标。加强基础课、主干课实验；实验内容优化配合，避免重复或脱节；增加设计性、综合性实验的比重，形成基本实验、选做实验、设计性和综合性实验组成的立体化实验结构；对含有实验的课程，加大实验教学在整个课程考核中的比例；鼓励学生自主设计实验。在2013版培养方案和教学大纲中都有体现。针对不同课程的特点，有选择地在教学过程中引入仿真实验环节，以缓解实验设备和空间的紧张情况，有效扩展实验空间和时间，节省资金。
3.2课程设计
课程设计着眼点是把理论学习与工程实践相结合，让学生初步掌握设计的程序和方法。一般以单门课或课程群为主选择题目，它是毕业设计的初级阶段。课程设计教学中压缩验证性课题，增加能够体现设计型、综合型和创造性的课题。在课程设计教学设计过程中，鼓励学生自主选题，自行讨论方案，自己组织实施，给予学生自我发挥的余地，充分激发学生的创造性思维，为学生个性的发挥和创造能力的锻炼创造条件。
3.3实习
以校内外实习基地为平台，以使学生学会理论联系实际、建立工程意识和锻炼实际操作技能为主要教学目的，并且通过接触社会，增强学生的劳动观念和社会责任感。目前，通信工程专业校外实习基地2个（人民4810厂，北京尚观科技有限公司大连分公司），合作的企事业单位有18个（渤海船舶重工有限责任公司等），同时学校也正在积极运作与通信公司合作。到企业参观实习和请企业技术专家来校讲座，通过参观和专家公开课的形式，使学生对企业文化、船舶通信及导航设备的发展现状与趋势和本行业领域的前沿技术等有所了解，有利于学生学习目标的确定和职业素质的提高。
3.4毕业论文（设计）
以学院各类实验室、校内外实习基地为平台，学生通过完成毕业论文（设计），在综合运用专业知识能力、外语和计算机应用能力、信息资料检索和收集能力、论文撰写能力和解决实际问题等能力上有较大提高。为切实保障毕业论文（设计）的质量，从以下几方面进行加强：①精心设计备选题目，组织开题报告。学生选题后，在指导教师指导下，查阅文献和撰写文献综述，并精心组织好开题报告，以保证毕业论文的先进性、可行性；②加强毕业论文的中期检查，以保证毕业论文在有限的时间内按质按量完成；③建立毕业论文答辩规范和质量标准，在毕业论文答辩期间开展“毕业论文检查周”活动，有效提升了毕业论文的质量。④学校出台了《大连海洋大学本科生学位论文学术规范检测暂行办法》，针对毕业的本科生的学位论文进行了学术不端行为的检测，有效地杜绝了学术不端行为。3.5科技创新以各类兴趣小组和科技社团、大学生科技创新基地、科研实验室为平台，学生通过参加大学生创新创业训练计划项目、科学研究等活动，使创新意识和能力得到进一步培养和提高。低年级的学生专业基础还比较薄弱，鼓励他们参加兴趣小组或者科技社团，以增加学生对创新的认识，提高学生对创新的兴趣；高年级的学生参加各种校内外的竞赛，使学生在竞赛过程中自主学习、自我探索、自我发现。目前，通信工程专业学生在教师有针对性的训练下，参加了“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车竞赛、“大唐杯”全国大学生移动通信技术大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计大赛等，并取得了优异的成绩。
4结语
大连海洋大学通信工程专业作为涉海高校的“非特色”专业，在复合性应用型培养目标的前提下充分利用和挖掘自己的优势资源，发挥地方特色、行业特色；在加强学生思想道德教育和身心素质培养的同时，主动适应国家和辽宁省沿海经济带发展的新需求，抓住实践能力和创新精神培养的核心，对通信专业的人才培养模式进行调整，使之更好地符合学校的定位与专业培养目标的要求，从而更好地适应社会需要，符合高等教育的发展趋势，并在实践中不断探索与发展。
主要参考文献
［1］李松松，郭显久，等．电子信息工程专业人才培养模式的探索与实践［J］．中国电力教育．2011（22）：51－52．
［2］刘冬，石焕玉，等．通信工程本科专业应用型人才培养模式研究［J］．吉林省教育学院学报，2013，5（29）：72－73．
［3］江海，田春艳．机械类应用型本科人才培养模式的探索与实践［J］．装备制造技术，2010（3）：159－160．
［4］焦冬莉，李晋生，等．应用型通信人才培养的实践教学体系改革［J］．实验室研究与探索，2012，31（9）：128－130．
大连海洋大学是我国北方地区唯一的一所以海洋和水产学科为特色，多学科协调发展的涉海高等院校，为振兴辽宁老工业基地，适应辽宁省及全国沿海省市对海洋渔业通信工程发展的需要，发展区域经济，满足我国和全省经济建设对海洋渔业通信工程专业人才的需求，大力发展信息产业建设，通信工程专业自2003年开始招生。在开办的这十二年时间里，我们下大力气，狠抓专业建设规范，注重教学质量。随着本专业师资力量的逐步增强，我们对本专业的发展现状、发展规律的深入研究把握，对专业定位的认识逐步统一，大连海洋大学通信工程专业的特色目标和人才培养目标逐步清晰明确。
1培养目标
大连海洋大学信息工程学院通信工程专业是从学校的学科专业结构特点和学科特色出发，合理配置学校的教学资源，在电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术、船舶与海洋工程和航海技术的学科交叉基础上设立的专业。学校以提升人才培养质量为核心，立足辽宁，面向黄、渤海，辐射全国，为区域经济建设服务，为国家水产和海洋事业服务，致力于培养德、智、体、美全面发展，知识面宽，基础扎实，综合素质高，具有创新精神和实践能力，敬业、专业、乐业、创业的复合性应用型人才的人才培养战略。在人才培养过程中注重培养学生的自主性、研究性学习的能力和分析问题、解决问题的能力，结合地方经济社会发展需要确定本专业的培养目标、任务和要求，加强海洋渔业通信方面的特色教育。在多年办学经验的基础上，经多方调研，结合本校实际，制定并逐步完善了通信工程专业的培养目标：以培养德、智、体、美全面发展，熟练掌握通信技术、通信系统和通信网络的基本理论、基本知识和基本技能与方法，并具备电子和计算机技术等方面知识，具有较强的工程实践能力，能够从事固定通信、移动通信及船舶通信等现代通信系统及设备的研究、设计、开发与应用的，具有海洋、渔业科学背景的人才。
2课程体系的改革和优化
课程体系主要包括课程设置、教学内容及课程结构，是教学思想、教育理念的具体化，也是实现创新能力培养与综合素质提高的保证。课程设置是否科学，教学内容是否合理，直接影响创新能力的培养与综合素质的提高。按照我校建设“蓝色大学”理念，构建了通信工程专业蓝色人才培养方案。培养方案坚持“加强通识教育、拓宽学科基础、凝练专业方向、提升实践能力、培养创新精神”的人才培养原则，优化人才培养过程，构建课内、课外一体化的培养模式，依照“浅蓝、蔚蓝、湛蓝、深蓝”的蓝色课程体系，用蓝色课程元素来承载水的精神与海的文化，延伸至涉海涉水教学内容要素。（1）浅蓝（通识课程）包括公共基础课（思想政治理论课、大学外语、大学计算机基础、高等数学、大学物理、体育等），公共选修课（军事理论、健康与安全教育、选修课），公共集中实践环节（军训）。通识课程虽然不一定与通信专业有直接联系，但它是培养具有远大的理想、高尚的情操、科学的思维、可持续发展的能力和健康的心里的人才，为进一步学习提供方法论的不可缺少的课程。基于学校开展课程建设的“双百工程”，从公共选修课着手，打造了蓝色海洋类、人文与社科类、艺术与体育类、自然科学与技术类共100门校级精品视频公开课。其中蓝色海洋类公共选修课有利于进一步加深学生的海洋知识背景。（2）蔚蓝（学科基础课）包括复变函数、电路理论、信号与系统、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术、数字信号处理、微机原理与应用、电磁场与电磁波、单片机原理与接口技术、通信原理等。学科基础课是通信工程专业学生必须具有的基本知识结构，为专业课程提供有效的支撑，使学生具备本专业的基础理论和基本工程应用能力，有独立获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的能力及开拓创新精神，为学生后续学习专业方向课打下坚实的基础。（3）湛蓝（专业课）包括专业必修课（电子线路仿真、电子线路CAD、移动通信、计算机通信、DSP技术与应用）、专业方向课、专业任选课（C＋＋高级语言程序设计、随机信号处理、电视原理与技术、现代通信系统仿真技术、计算机网络安全、嵌入式系统开发技术、数据结构C、扩频通信、通信工程专业英语）。通过对其他高校相同专业的大量调研，反复论证比较，通信工程专业设立两个专业方向：通信工程（程控交换技术、船舶通信、光纤通信）、计算机通信（数字通信、多媒体通信技术、计算机网络技术）。通信专业依托海洋信息技术，在船舶通信、船舶导航、海洋渔业3S技术等方面进行了卓有成效的尝试，同时，紧随时代的发展，对部分课程进行压缩和调整，开设一些学生喜爱的，又能与现实接轨的课程，如扩频通信、嵌入式系统开发技术等选修课。（4）深蓝（专业集中实践环节）包括模拟电子技术课程设计、数字电子技术课程设计、电子线路仿真课程设计、电子线路CAD上机、高频电子技术课程设计、现代通信系统仿真技术上机、通信原理课程设计、单片机原理与接口技术课程设计、通信工程专业教学实习、通信工程专业实习、通信工程专业毕业设计（论文）等。专业集中实践环节对培养通信专业逐步树立工程观念、提高解决工程实际问题的能力和创新能力，有着极为重要的作用。
3强化实践环节，培养提高创新能力
通信工程专业将实践环节作为培养学生创新精神和实践能力的主要途径，制定了科学合理的实践教学方案，构建了多层次、全程化实践教学体系，较好地保证了通信工程专业实践教学的需要。坚持实践教学与理论教学并重、实践教育与创新教育结合，对构成实践教学的各个要素进行整体设计，所有的实践环节围绕培养学生实践动手能力和创新能力而展开，把实践环节分成实验教学、课程设计、实习、毕业论文（设计）、科技创新五个模块，模块之间衔接紧密、层层推进，为学生从入门到提高再到创新夯实基础。
3.1实验教学
实验教学模块主要依托辽宁省海洋信息技术重点实验室、辽宁省实验教学示范中心，以提高实验动手能力为主线，以掌握基本实验技能和方法、融会贯通科学知识、促进创新思维为主要教学目标。加强基础课、主干课实验；实验内容优化配合，避免重复或脱节；增加设计性、综合性实验的比重，形成基本实验、选做实验、设计性和综合性实验组成的立体化实验结构；对含有实验的课程，加大实验教学在整个课程考核中的比例；鼓励学生自主设计实验。在2013版培养方案和教学大纲中都有体现。针对不同课程的特点，有选择地在教学过程中引入仿真实验环节，以缓解实验设备和空间的紧张情况，有效扩展实验空间和时间，节省资金。
3.2课程设计
课程设计着眼点是把理论学习与工程实践相结合，让学生初步掌握设计的程序和方法。一般以单门课或课程群为主选择题目，它是毕业设计的初级阶段。课程设计教学中压缩验证性课题，增加能够体现设计型、综合型和创造性的课题。在课程设计教学设计过程中，鼓励学生自主选题，自行讨论方案，自己组织实施，给予学生自我发挥的余地，充分激发学生的创造性思维，为学生个性的发挥和创造能力的锻炼创造条件。
3.3实习
以校内外实习基地为平台，以使学生学会理论联系实际、建立工程意识和锻炼实际操作技能为主要教学目的，并且通过接触社会，增强学生的劳动观念和社会责任感。目前，通信工程专业校外实习基地2个（人民4810厂，北京尚观科技有限公司大连分公司），合作的企事业单位有18个（渤海船舶重工有限责任公司等），同时学校也正在积极运作与通信公司合作。到企业参观实习和请企业技术专家来校讲座，通过参观和专家公开课的形式，使学生对企业文化、船舶通信及导航设备的发展现状与趋势和本行业领域的前沿技术等有所了解，有利于学生学习目标的确定和职业素质的提高。
3.4毕业论文
（设计）以学院各类实验室、校内外实习基地为平台，学生通过完成毕业论文（设计），在综合运用专业知识能力、外语和计算机应用能力、信息资料检索和收集能力、论文撰写能力和解决实际问题等能力上有较大提高。为切实保障毕业论文（设计）的质量，从以下几方面进行加强：①精心设计备选题目，组织开题报告。学生选题后，在指导教师指导下，查阅文献和撰写文献综述，并精心组织好开题报告，以保证毕业论文的先进性、可行性；②加强毕业论文的中期检查，以保证毕业论文在有限的时间内按质按量完成；③建立毕业论文答辩规范和质量标准，在毕业论文答辩期间开展“毕业论文检查周”活动，有效提升了毕业论文的质量。④学校出台了《大连海洋大学本科生学位论文学术规范检测暂行办法》，针对毕业的本科生的学位论文进行了学术不端行为的检测，有效地杜绝了学术不端行为。
3.5科技创新
以各类兴趣小组和科技社团、大学生科技创新基地、科研实验室为平台，学生通过参加大学生创新创业训练计划项目、科学研究等活动，使创新意识和能力得到进一步培养和提高。低年级的学生专业基础还比较薄弱，鼓励他们参加兴趣小组或者科技社团，以增加学生对创新的认识，提高学生对创新的兴趣；高年级的学生参加各种校内外的竞赛，使学生在竞赛过程中自主学习、自我探索、自我发现。目前，通信工程专业学生在教师有针对性的训练下，参加了“飞思卡尔杯”全国大学生智能汽车竞赛、“大唐杯”全国大学生移动通信技术大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛、全国大学生电子设计大赛等，并取得了优异的成绩。
4结语
大连海洋大学通信工程专业作为涉海高校的“非特色”专业，在复合性应用型培养目标的前提下充分利用和挖掘自己的优势资源，发挥地方特色、行业特色；在加强学生思想道德教育和身心素质培养的同时，主动适应国家和辽宁省沿海经济带发展的新需求，抓住实践能力和创新精神培养的核心，对通信专业的人才培养模式进行调整，使之更好地符合学校的定位与专业培养目标的要求，从而更好地适应社会需要，符合高等教育的发展趋势，并在实践中不断探索与发展。
主要参考文献
［1］李松松，郭显久，等．电子信息工程专业人才培养模式的探索与实践［J］．中国电力教育．2011（22）：51－52．
［2］刘冬，石焕玉，等．通信工程本科专业应用型人才培养模式研究［J］．吉林省教育学院学报，2013，5（29）：72－73．
［3］江海，田春艳．机械类应用型本科人才培养模式的探索与实践［J］．装备制造技术，2010（3）：159－160．
［4］焦冬莉，李晋生，等．应用型通信人才培养的实践教学体系改革［J］．实验室研究与探索，2012，31（9）：128－130．
1.实验室条件和环境较差
由于大部分学校都在进行学生的扩招和学校的扩建，通信专业的人数也会大幅度地增加，学校在扩建过程中会存在资金问题，导致对于实验室仪器设备的资金投入不足，设备更新缓慢，与现代快速发展的通信技术严重脱节，学生在实践过程中学到的知识也是几年前的，已经过时。同时在扩招过程中该专业人数大幅度增加，导致实践教学的场地紧缺，存在多人共用一套实验设备进行实践学习的情况，这就导致实践教学的质量不是很理想。
2.实践教学的老师对于这门课程不够重视
与老师熟知的理论教学相比较，实践教学操作十分麻烦，其中各种各样的环节让人头疼，长期从事理论教学的老师难以适应这样的教学过程，他们就会选择逃避，没有将实践教学真正地开展起来，学生只是进行一些简单的操作，无法学到真正的知识，没有获得实际的动手能力和创新能力。有些学生在老师的影响下也是持比较消极的态度，认为该专业的实践教学可有可无，没有十分重要的存在意义。
3.提供给学生的实习单位较少
有些学校处在偏远地区，当地没有大型的通信企业，城市的经济相对较为落后，只有一些移动、联通、电信的服务型营业厅，没有从事通信工程方面的产品生产的大型公司，所以学生很少有机会进行实习，如果到深圳、广州等通信产业发达的城市进行实习，不仅组织起来比较困难，而且需要大量的资金投入，学生过去之后的管理问题也不是特别的方便。所以老师只是为学生讲解一些实习的经验供学生参考，学生学习效果不明显。
4.集中式的实践教学多是形式主义
在通信工程专业的实践教学中大多采取的是集中式的实践学习，在这个时间段学生要进行毕业论文的撰写，学生在时间上存在较大的问题，他们没有足够的时间写自己的毕业论文，往往就在网络上下载一些资料，选择一些没有创新意义的主题，抄袭问题不可避免。学生专业工程实践的时间和毕业论文的时间冲突，学生为了顺利毕业，把很多时间用在写毕业论文上面，集中实践的效果从而受到影响，这样就导致集中式的专业实践教学形式化，没有达到想要的效果。
二、通信工程专业实践教学环节教学改革的主要方式
1.加强通信工程专业课程体系的建设
通信工程专业的课程设计主要培养学生的能力，科学合理地构造该专业的课程模体系和专业模块，根据不同学生的不同能力、不同爱好，老师为他们选择合适的模块，让教学的基本要素和基本内容与学生能力密切联系。
（1）通信基础课程。学生主要学习的课程有信号与系统、通信原理、通信电子线路等，在对这些理论基础学习的时候注重培养学生的信息分析处理能力，为以后的专业课奠定基础，让学生对通信系统有一定的分析和设计能力。
（2）通信技术课程。学生需要学习的课程有移动通信、光纤通信、计算机通信网、交换技术等等，主要让学生能够围绕着通信技术进行其中的理论学习，掌握现代的通信技术，将其应用到通信行业，促进通信行业的发展，促进新产品的开发。
（3）专业任选课程。学生学习的主要课程有电子测量技术、数字图像处理、光传输和光交换、电信业务开发等等，这些课程主要是根据学生兴趣开设的专业方向课程，相对来说难度大一些，主要是让学生有一个学习的专业方向，学生根据自己的特长和兴趣学习专业课程，学生学习的积极性和主动性也会提高，视野更加开阔，为以后工作打下必要的专业基础。
2.加强通信工程专业实践教学体系的建设
通信工程专业课程基本体系的建设要以实践教学体系为重点，在通信工程专业的实践教学环节中，其设计性、科学性、创新性要全面地体现出来，让每个学生在实践中都能够提升自身的能力，并且要注重学生整体能力的培养，加强实践教学的应用性，让学生在实践中分析问题、解决问题，对于课程设计、毕业设计重点管理和监督，学生在实践中有明确的目标，各自有明确的任务和分工，全面构造通信工程专业实践教学体系，为学生在未来的就业竞争中提供有效保障。
3.加强通信工程专业实验室的建设
在通信工程专业实践中，实验室是学生的主要实践地点，学校应当关注实验室的设备的更新，对实验室进行科学合理的管理，加大资金的投入，为学生创造良好的实验室学习和实践条件，同时实验室也要制定相应的管理制度，损坏实验仪器的学生应当赔偿一定的费用，学生在实验室进行实验之后要打扫卫生，保障实验室的良好环境。实验室应当长期对学生开放，为学生提供良好的实验环境和条件。
4.加强校企协作，在校外投资实习基地
实习是实践教学的重要组成部分，学生总是在实验室中进行实验无法学到真正的工作经验，只有将学生带到通信工程的企业，让他们在其中进行实际的动手操作，他们才会学到实际有用的东西。因此，学校就必须与校外通信企业进行良好的沟通，学校与企业之间联合进行人才的培养，共同制定实习方案，让学生参与到实际的测试、开发、设计中，增加学生的兴趣，毕业后学校为该企业提供专业型人才，保持与该企业的良好联系。如果条件允许，学校可以在校外投入资金建设校企，这样就更加方便学生进行实习。
三、结束语
