時間：2022-06-01 01:35:29
序論：在您撰寫工業(yè)設計畢業(yè)論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
學校地處廣東省粵西地區(qū)湛江市，遠離珠三角設計中心地帶，設計服務相對缺乏。地方經濟支柱行業(yè)除了水產養(yǎng)殖及加工傳統(tǒng)優(yōu)勢之外，形成了以電飯煲為主體的小家電生產基地，據(jù)統(tǒng)計，全國90%的電飯煲是在湛江生產。與強大的生產數(shù)量相比，設計能力遠遠落后，缺少自己的品牌，多數(shù)為貼牌生產。對自主設計的需求為產學研合作提供廣闊的空間。
2現(xiàn)行畢業(yè)指導方法的弊端及應對措施
（1）畢業(yè)設計選題時間倉促，整體設計時間短，設計環(huán)節(jié)不能保證充分實施。工業(yè)設計程序的完成需要較長的時間，且指導要及時?，F(xiàn)在各高校一般從每年1月份確定畢業(yè)設計題目到6月初答辯，期間有寒假，而且這段時間也是本科畢業(yè)生頻繁準備各類應聘會應聘考試的階段，所以整個畢業(yè)設計的有效時間最多3個月，要高質量完成從市場調研，初步方案制定，深入設計，模型制作，文件編制，論文撰寫等一系列的工作是很困難的。對于畢業(yè)設計完成時間不充分，可以考慮以下兩種辦法解決。第一，學校工業(yè)設計專業(yè)已經有4個工作室，有相當?shù)膶W生從二年級開始就跟隨指導教師從事一些基本的科研工作，產生了默契和設計的方向性，可以利用這個有力的條件，提前確定畢業(yè)設計指導教師和設計題目，這也促進選用實際課題，達到事半功倍的效果。第二，在三年級下學期（第六學期末）安排學年課程設計教學環(huán)節(jié)，一個月時間，由全體專業(yè)教師參與指導，實質上是畢業(yè)設計的一次“預演”。題目由教師和學生雙方商榷制定，題目不一定非常具體，可以根據(jù)學生的興趣，制定家電類、家具類、衛(wèi)浴產品、陶瓷制品等大的方向，在此期間，學生都在學校，與指導教師的交流能夠做到及時和面對面。目的是初步檢驗題目的合理性與設計的規(guī)范性，針對某類產品的設計特點制定整個設計的程序和方法，如果合理可以作為畢業(yè)設計的題目，深入進行；如果存在問題，及時進行調整，為畢業(yè)設計掃清障礙，從容進行。這樣還可以讓學生在第八學期初選擇畢業(yè)實習單位的時候有的放矢，對畢業(yè)設計具有實際的指導意義。這也解決了多年來存在的畢業(yè)設計內容與實習工作不相關的問題。
（2）畢業(yè)設計過程監(jiān)控手段簡單，措施不利。現(xiàn)在畢業(yè)班學生從每年2月到5月份基本上都在校外實習或參加各種招聘會，老師的指導工作都是通過互聯(lián)網等形式，這不利于工業(yè)設計專業(yè)特點的內容指導。工業(yè)設計指導的大量工作是在設計定位和深入階段，交流的文件多以大量的手繪稿和色彩效果圖為主，并加以說明?，F(xiàn)在多是通過QQ、微信、短信、電子郵件等交流平臺師生交流，在整個過程中老師無法監(jiān)控學生的設計具體過程和步驟，設計隨意性比較大，經常導致畢業(yè)答辯前發(fā)現(xiàn)設計存在嚴重的缺陷而無法彌補，嚴重影響設計質量。另外對老師指導工作的監(jiān)控措施基本上沒有，很難做到有效督導。監(jiān)控機制應該落實到具體指標，建立指導過程記錄卡，針對設計過程應該提出具體指導次數(shù)、指導內容、指導結果等，這些內容應該有相應的支持材料支撐，這個不僅對學生，也是對老師的監(jiān)控，保障畢業(yè)設計指導工作有規(guī)可依，同時也保障了畢業(yè)設計的水平。這個記錄卡也可以作為畢業(yè)設計成績的評價依據(jù)之一。根據(jù)工業(yè)設計專業(yè)的特點，記錄卡的內容大致可以定為如下。
（3）畢業(yè)設計評價體系重結果，輕過程。多年來畢業(yè)設計成績考核的主要內容取決于答辯現(xiàn)場的表現(xiàn)。由于答辯時間緊，任務重，對于每一個學生的考核不夠全面。畢業(yè)設計最終評價應該與設計的全過程每一個階段的表現(xiàn)掛鉤，可以從以下幾個方面進行考核。第一，以畢業(yè)設計指導記錄卡為重要依據(jù)之一，因為它詳細記錄了畢業(yè)設計中重要的環(huán)節(jié)的完成時間和質量。第二，在答辯之前一周舉辦畢業(yè)設計展，所有學生的設計作品都參展，讓老師和學生有時間對于設計成果有一個充分重新認識的過程，對于設計的原創(chuàng)性也是一個有效檢驗。第三，考核成績要把設計結果與設計說明結合起來考核，畢業(yè)設計和畢業(yè)設計說明書實質內容合二為一，強調本科生不僅要能設計，還要知道為什么要這樣設計，不僅展示了結果，還展示了整個過程。不僅鍛煉學生的邏輯思維能力，還有效的提高學生的動手能力，使得畢業(yè)設計更加豐滿、更有內涵。同時，畢業(yè)論文的內容也不會顯得空泛，提高了學生說明文的寫作能力。這種考核方式更能滿足對應用型創(chuàng)新設計人才的培養(yǎng)要求。
3結論
（一）掌握專業(yè)核心技能
應用型本科院校工業(yè)設計專業(yè)樹立以能力為本位，專業(yè)技能為核心的人才培養(yǎng)目標，要求學生能夠在社會文化環(huán)境、市場環(huán)境中掌握產品設計、制造、開發(fā)及市場推廣的一般知識和組織管理原則，具有解決專業(yè)問題的綜合能力。該專業(yè)學生先后經過專業(yè)理論的學習，基礎繪畫的強化，三大構成的提升，設計軟件的訓練，設計思維的引導，產品形態(tài)的設計，產品模型的制作等一整套從理論到實踐的訓練，培養(yǎng)具有較強的草圖表現(xiàn)、計算機輔助設計、模型制作、產品制造與生產等專業(yè)核心技能，最終能在企事業(yè)單位從事產品設計相關工作。掌握專業(yè)核心技能，是應用型本科院校工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)的核心內容，也是學生就業(yè)之根本。
（二）強調學以致用的能力
應用型本科教育主要培養(yǎng)應用型專門人才,重在培養(yǎng)學生應用知識的能力而非發(fā)現(xiàn)新知的能力，這是其區(qū)別于學術型院校、研究型院校的關鍵之處。工業(yè)設計是工業(yè)化時代的創(chuàng)新設計，對創(chuàng)新性和應用性要求較高。在應用型人才培養(yǎng)模式下，該專業(yè)側重培養(yǎng)學生運用專業(yè)知識、技能、方法解決實際問題的能力。因此，學以致用的能力是應用型本科院校工業(yè)設計專業(yè)人才培養(yǎng)的核心能力。
（三）傳承地方文化、服務面向地方
工業(yè)設計是技術、藝術與文化轉化為生產力的核心環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代服務業(yè)的重要組成部分。應用型本科教育主要培養(yǎng)應用所學知識為社會謀取直接利益的人才，這表明應用型本科院校工業(yè)設計專業(yè)不僅承擔著培養(yǎng)社會、國家、業(yè)界所需的人才，給國家社會帶來直接利益，還承擔著培養(yǎng)適應地方發(fā)展所需的人才，給地方發(fā)展帶來直接利益，集傳承者、創(chuàng)新者、服務者于一體。如何生于斯？長于斯？服務于斯？立足地方（行業(yè)）、融入地方（行業(yè)）、服務地方（行業(yè)）、共享地方（行業(yè)），成為推動地方（行業(yè)）經濟社會發(fā)展的不可缺少的重要組成部分，是應用型本科院校的使命與責任。
二、應用型本科院校對工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計的要求
工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計不同于其他學科專業(yè)的畢業(yè)論文，也不同于設計類學科中視覺傳達、動畫等專業(yè)的畢業(yè)設計。它要求學生針對某一項目，綜合運用專業(yè)理論知識和專業(yè)技能，尋求最佳設計方案以解決實際問題，最終以產品模型和展板等綜合形式作為成果展示。根據(jù)應用型本科院校工業(yè)設計專業(yè)的人才培養(yǎng)模式，分析應用型本科院校對工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計的要求。
（一）突出專業(yè)特性
工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計是一項以產品為載體，以社會創(chuàng)新為導向的設計研究與實踐。其畢業(yè)設計突出體現(xiàn)專業(yè)特性，是要區(qū)別于藝術類其他專業(yè)。工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計突出專業(yè)特性應解決好三個問題：其一，在知識層面體現(xiàn)“是什么產品”；其二，在技能層面明確“用什么技術實現(xiàn)產品結構和功能”；其三，在實踐層面反映“產品模型與設計理念之間融合的程度如何”。這三個問題與該專業(yè)需具備的知識和技能緊密相連，解決了是什么、用什么、怎么樣三個問題，專業(yè)特性才會更清晰、更突顯，才能避免與平面、影視等專業(yè)的畢業(yè)設計作品混亂或雷同。
（二）重視實踐應用性
高校向社會輸送的工業(yè)設計人才只有符合市場的需要才能夠獲得認可,才能被社會所吸納。畢業(yè)設計作為本科教育階
段歷時最長、層次最高、綜合性最強的實踐性教學，更應是理論與實踐的結合體。選題、方案構思、方案篩選、計算機建模、模型制作、產品展示是工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計的六個主要環(huán)節(jié)，這六個環(huán)節(jié)涵蓋了該專業(yè)絕大部分理論與實踐知識，且每一環(huán)節(jié)對應一項專業(yè)能力。選題測試學生對專業(yè)知識宏觀把握的能力；方案構思測試學生知識創(chuàng)新的能力；方案篩選測試學生運用專業(yè)方法解決問題的能力；計算機建模測試學生專業(yè)技能應用的能力；模型制作測試學生實踐動手的能力；產品展示測試學生系統(tǒng)把握專業(yè)知識的能力。目前，該專業(yè)很多學生在畢業(yè)設計創(chuàng)作過程中只參與前四個環(huán)節(jié)，模型制作則找企業(yè)或工廠代工完成，產品展示則認為無關緊要而被忽略。應用型本科院校側重培養(yǎng)學生應用知識解決實際問題的能力，模型制作和產品展示是最能檢驗學生實踐應用能力的兩個環(huán)節(jié)，因此，學生需參與到畢業(yè)設計的各個環(huán)節(jié)，特別是實踐應用環(huán)節(jié)，以提高學以致用的能力。
（三）展示地方特色
應用型本科院校立足地方，服務地方，其畢業(yè)設計也應圍繞地方特色展開，作為文化創(chuàng)意產業(yè)緊密聯(lián)系的工業(yè)設計專業(yè)更應如此。其畢業(yè)設計選題要切合當?shù)貙嶋H情況，與地方企業(yè)、文化產業(yè)聯(lián)系緊密，以服務地方發(fā)展為目的。如地處閩西北的三明學院，其紅色文化、客家文化、朱子文化、理學文化是該校工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計選題較好的切入點，既能傳承弘揚地域特色文化，又能產生較好的社會效益。
三、提高應用型本科院校工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計質量的對策
（一）科學選題
好的選題就是成功的一半，畢業(yè)設計選題直接關系到后續(xù)畢業(yè)設計進展。工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計選題可從三方面考慮：首先，選題與教師的科研課題結合。從學生角度看，可以避免選題的盲目性和隨意性，確保畢業(yè)設計后續(xù)工作進展自如；從導師角度看，可以確保課題的可行性，還能豐富科研成果。其次，選題著眼于地方企業(yè)與產業(yè)。工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計選題立足地方產業(yè)發(fā)展，圍繞地方特色展開創(chuàng)作，實現(xiàn)學生應用能力與企業(yè)實際需求之間的零距離對接，可以提高畢業(yè)設計質量。再次，選題圍繞社會發(fā)展與需求。此類選題能幫助學生了解社會動態(tài)。如畢業(yè)設計選題以我國社會發(fā)展的三農問題作為切入點，借助新技術、新材料對農村交通運輸工具、生活用品等進行改良與創(chuàng)新，試圖解決農村問題、農民問題、農業(yè)問題。又如選題以社會弱勢群體中的盲人作為切入點，基于無障礙設計理念，通過盲人水杯設計、盲人娛樂產品設計、盲人銀行卡設計、盲人出行公交信息系統(tǒng)服務設計等一系列設計方案，為解決盲人生活中出行不便拓展新思路，提供新對策。
（二）組建指導教師團隊
工業(yè)設計專業(yè)畢業(yè)設計涉及的知識較為廣泛，根據(jù)教師自身專長，組建指導教師團隊，采取分工與合作的方式，能有效整合資源，更好地指導學生完成畢業(yè)設計，提高畢業(yè)設計質量。組建指導教師團隊需注意：第一，指導教師團隊中教師數(shù)量不宜過多，2~3個最佳。第二，指導教師團隊中教師的知識結構應有所差異，如理論教師與實踐教師、科研型教師與教學型教師、青年教師與老輩教師、校內教師與校外教師、學校教師與企業(yè)工程師等多種類型的組合，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，給學生提供針對性較強的建議。第三，團隊中個人分工需明確。任務分工可依據(jù)教師專長和畢業(yè)設計管理中計劃、組織、監(jiān)督、控制等四個環(huán)節(jié)，共同督促、推進、落實。
（三）落實畢業(yè)設計展示
湖北文理學院工業(yè)工程在專業(yè)建立初期，由于本地企業(yè)對工業(yè)工程專業(yè)的認知度不高，對聯(lián)合人才培養(yǎng)缺乏興趣。為了主動適應工業(yè)工程專業(yè)的本質要求，培養(yǎng)應用型的人才，本專業(yè)以年輕教師為主的生力軍進行了一系列理論與實踐探索。通過多次企業(yè)調研，初期免費為企業(yè)實施案例，建立了一批穩(wěn)定的合作企業(yè)，每年均有畢業(yè)生到這些企業(yè)就業(yè)。制定了一些激勵政策，如要求畢業(yè)設計的選題80％來源于企業(yè)實踐，對實踐效果較好的指導老師與學生給予一定獎勵。
1.1合作企業(yè)的選擇工業(yè)工程的主要應用領域是制造業(yè)，選擇合適的制造企業(yè)，是校企聯(lián)合畢業(yè)設計培養(yǎng)能否成功實施有效進行的關鍵。首先應對當?shù)仄髽I(yè)進行定位分析，找準突破口。在企業(yè)的選擇中，要注意以下幾點：1）優(yōu)先選擇和高校有長期合作關系的企業(yè)。這些企業(yè)重視校企合作，重視技術研發(fā)，重視科研成果的轉化。2）要了解企業(yè)對工業(yè)工程的認知度，在企業(yè)的接觸中要多宣傳，推廣工業(yè)工程，讓更多的人，更多的企業(yè)了解工業(yè)工程，在初期可以免費為企業(yè)進行IE推廣，現(xiàn)場改善。3）了解企業(yè)的生產狀態(tài)和性質。不同類型的企業(yè)各有選擇，如選擇一些大批量定制生產和小批量多品種的混合生產的企業(yè)。湖北文理學院地處襄陽地區(qū)，工業(yè)企業(yè)較多，制造基礎好，汽車及零部件產業(yè)集中度高。工業(yè)工程專業(yè)在近幾年中，主動聯(lián)系企業(yè)，尋求合作，取得了明顯的成效，目前大部分課題都來源于企業(yè)實踐，主要在本地企業(yè)和沿海地區(qū)企業(yè)，見圖1。
1.2選題的研究課題的選擇要考慮兩個方面的因素。一是題目與專業(yè)聯(lián)系的緊密性，二是企業(yè)的實際需求。盡量避免純粹的理論研究類課題，特別是指導老師的理論研究課，不適合作為本科生的題目。選題時可以根據(jù)企業(yè)提出的需求進行考慮，也可根據(jù)指導教師、學生調研發(fā)現(xiàn)問題來命題。結合企業(yè)特點和本專業(yè)主要方向，工業(yè)工程專業(yè)近幾年主要確定了以下幾類畢業(yè)設計題目（詳見表1）：1）生產線改善、優(yōu)化類題目。如“××軸承廠生產線平衡與改善研究”；2）質量管理類題目。如：“某生產線工序能力分析與改善”；3）廠區(qū)、車間物流規(guī)劃類題目。如“××車燈廠××車間物流設施優(yōu)化研究”；4）工廠管理類。如“某企業(yè)5S推進與實施”、“精益生產的在某企業(yè)的推廣應用”。
1.3時間的安排為了緩解學生考研復試、找工作等因素與畢業(yè)設計時間沖突的矛盾。建議從第7學期中期開始就公布畢業(yè)設計企業(yè)和相關題目，由學生自由選擇，并將初步任務書下發(fā)給學生，一并包含時間進度表安排表。任務安排上，重點任務盡量避開考研復試期和找工作黃金月。通常第7學期要求學生查閱與課題相關的文獻，復習相關知識。一般第8學期，安排學生到企業(yè)實習一段時間，在企業(yè)期間由企業(yè)根據(jù)實際需要，安排其工作，學生定期向老師反饋。大致時間安排如圖2所示。
1.4做好過程指導與監(jiān)督學生在實習企業(yè)，由于時間較短，企業(yè)一般不會安排特別復雜的事情，通常企業(yè)會告訴學生他們存在的問題，或者想把某些方面提高，但不愿花費很大的人力去指導學生，盡管企業(yè)也安排了指導人員。這時需要指導教師的及時指導，否則學生極易處于知道問題但無從著手的狀態(tài)。因此，對實習過程的指導與監(jiān)管就顯得非常重要。為了避免學生實習中的盲目與茫然，要注意以下幾點：1）根據(jù)課題，制定嚴格的目標管理。精確到每一天，這樣即使企業(yè)放松管理，學生也知道每天該干什么。根據(jù)以往經驗，學生初到企業(yè)，新鮮感和好奇心都較重，很容易偏離課題方向。而一段時間之后，新鮮感下降，學生處于盲目狀態(tài)，不知道干什么。有了明確的目標后學生不至于無所適從。2）要求學生主動去生產一線，多與一線工人接觸。要多問，善于問。充分了解公司目前的現(xiàn)狀，并做好記錄。3）要求學生每周匯報總結一周工作進展，遇到的問題，所需要的幫助。一般學生的潛力是較大的，初次完成獨立的任務，給予一定的壓力，給予一定的幫助，他們通常能較好地完成。特別是深入了解課題后，他們有解決問題的動力，并且常有創(chuàng)新，他們出的主意想的措施一旦得公司的認可，學生會感到很有成就感。故指導教師在前期要多指導，讓他們盡早真正融入課題，到后期學生的自主能力很強。
1.5考核方式的改革在企業(yè)完成的畢業(yè)論文其考核評價方式應有別于完全在學校完成的畢業(yè)論文?？刹扇∮善髽I(yè)評分、指導老師評分、答辯小組評分相結合的原則。企業(yè)指導工程師依據(jù)學生在企業(yè)的考勤、工作表現(xiàn)，對企業(yè)的貢獻率等給予評分。教師評分可根據(jù)論文與任務書的符合度、工作量大小、論文的實用價值等方面評價。答辯小組根據(jù)論文的實用性、與專業(yè)知識結合性及現(xiàn)場答辯情況給予評分。在評價中注重論文核心內容和應用價值，淡化論文的寫作及排版等?？刹扇∪鐖D3所示的加權平均考核方法。
2結語
1.1開放式網絡調研
在指導教師的指導和幫助下，學生通過專業(yè)的問卷調查網站“問卷星”（），制作并了調查問卷。問卷星是一個專業(yè)的在線問卷調查、測評、投票平臺，專注于為用戶提供功能強大、人性化的在線設計問卷、采集數(shù)據(jù)、自定義報表、調查結果分析系列服務。該調查問卷由九個問題組成，［5］其中前六個問題為客觀題，主要目的是確定被調查者的基本信息和乘坐飛機的經歷情況，同時明確了被調查者對機餐餐具的基本元素，如外觀，材質等設計元素的傾向性。后三個問題是主觀題，用于確認在飛機餐餐具使用過程中遇到的問題和不便之處，以及令人印象深刻的餐具體驗，一方面可以搜集用戶的問題，確定設計方向；另一方面也可以發(fā)現(xiàn)借鑒某些航空公司優(yōu)秀的餐具設計，以提供更好的設計方案。該問卷在互聯(lián)網平臺之上，借由現(xiàn)在被廣泛接受的社交網絡（如微信、微博、QQ等）進行擴散，同時依靠老師和同學的幫助，得到了充分而理想的調查結果，并在該互聯(lián)網平臺上進行數(shù)據(jù)的初步統(tǒng)計。
1.2調研分析
此次網絡問卷調查歷時1個月（2014.03.26～2014.04.25），有效調查有51份，其中男性被訪者30人，女性被訪者21人。被訪者的年齡分布在20歲至45歲之間，其中一半被訪者有10次以上搭乘飛機的經歷，絕大多數(shù)被訪者有搭乘國際航線和國外航空公司航班的經歷。在針對用戶所關注的飛機餐餐具設計元素的調查中，餐具的手感、實用性和外形是乘客最為關心的三個要素，如圖1所示。在飛機上用餐時，乘客希望有便利好用的餐具幫助進餐，乘客關注餐具的功能，同時期待良好的外觀設計。過多繁雜的餐具、容器在較為窄小的用餐空間中會造成混亂，使用不便，擺放困難，造成使用者的煩躁，無法把注意力集中在本應是用餐主角的食物上。另外，目前餐具常用的塑料較輕，在使用中會比較容易被碰翻，或在飛機顛簸時翻倒，由于重心不穩(wěn)使食物和飲料灑出。乘客反映的飛機餐餐具使用方面的不便，從表面上看是針對功能性問題，其實是現(xiàn)有的餐具設計考慮不周，這就給該畢業(yè)設計提供了發(fā)揮空間。一部分乘客反映未曾對餐具特別注意，換個角度來說，目前飛機餐餐具的設計并沒有引起乘客的注意，只有新航、全日空、漢莎航空等航空公司簡約精致、富有航空公司品牌元素和國家特點的餐具給乘客們留下深刻的影響。還有一部分乘客對餐具使用性提出更高的期待，并出于對環(huán)境壓力和餐具成本的考慮，對餐具材質的提出建議。
1.3設計實踐
學生根據(jù)網絡問卷所采集以及歸納的信息，從改善飛機餐餐具的手持性能、餐具的布局、體現(xiàn)航空公司特色和餐具材質四個方面展開設計實踐。從功能、造型、材質三個方面入手，餐具的功能性改良以協(xié)助乘客簡易順利地完成經濟艙位環(huán)境內的進食，也通過賦予餐具美觀的外觀造型營造用餐的愉快氣氛。定設計的外形、色彩、材質方案，用Rhino軟件建模渲染，如圖4所示。
2小結
畢業(yè)論文（設計）是各專業(yè)教學計劃的重要組成部分，是本科生在掌握基礎理論、基本知識和基本技能的基礎上，進行專業(yè)科學研究初步訓練的重要環(huán)節(jié)，是對學生知識、能力、素質、專業(yè)技術和實踐能力的綜合考核。隨著社會經濟、科學技術的發(fā)展，對高等學校人才培養(yǎng)質量提出了更高的要求，需要相應提高本科生畢業(yè)論文（設計）的質量和要求。結合教務處相關管理規(guī)定及我系實際情況，特制定本規(guī)定。
一、目的和要求
（一）畢業(yè)論文（設計）的主要目的
培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能進行獨立分析問題、解決問題的能力和初步進行科學研究的能力以及創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和獲取新知識能力；培養(yǎng)學生嚴謹、求實的治學方法和刻苦鉆研、勇于探索、團結協(xié)作的精神。在撰寫論文（設計）過程中，深化有關理論知識，擴大知識面，獲得閱讀文獻、調查研究、社會實踐、科學實驗、工程訓練以及使用工具書和寫作等方面的綜合訓練，使學生在以下幾方面得到提高：
1、調查研究、方案論證、分析比較、查閱文獻資料的能力。
2、設計、計算、繪圖、實驗、外語翻譯、計算機應用與標準化正確選擇的能力。
3、語言表達能力、邏輯思維能力、撰寫論文能力。
4、獨立思考、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力以及獲取新知識的能力。
（二）畢業(yè)論文（設計）的基本要求
1、畢業(yè)論文（設計）工作按照各專業(yè)《畢業(yè)論文（設計）教學大綱》的要求進行。
2、畢業(yè)論文（設計）要具有學術性，要對自然科學和社會科學領域內某一問題進行專門、系統(tǒng)的研究，并表述其研究成果。
3、畢業(yè)論文（設計）要具有創(chuàng)見性，要求作者對學術或工程的某一個問題有新的發(fā)現(xiàn)、新的構想或新的發(fā)展與完善。
4、畢業(yè)論文（設計）要具有科學性，要求作者的論述系統(tǒng)完整，不能零碎和片面，做到首尾一貫而不能前后矛盾，要實事求是而不能主觀臆造。
5、畢業(yè)論文（設計）應做到觀點正確、論據(jù)充分、推理嚴密、計算準確；層次分明、條理清楚、語言簡練；有必要的相關資料、圖表等。
6、畢業(yè)論文（設計）必須參閱一定量的外文資料，并在論文（設計）中反映出來。
二、畢業(yè)論文（設計）的組織與管理
（一）系內職責
系內負責本系畢業(yè)論文（設計）工作全過程的管理，成立畢業(yè)論文（設計）工作領導小組，由系主任擔任組長，副主任擔任副組長，成員由教師代表組成。畢業(yè)論文（設計）工作領導小組主要職責是：
1、制定畢業(yè)論文（設計）工作計劃和主要措施；
2、確定畢業(yè)論文（設計）的指導教師，審定畢業(yè)論文（設計）的題目，組織學生選題；
3、定期檢查本系畢業(yè)論文（設計）進度和質量；
4、成立畢業(yè)論文（設計）答辯委員會，組織本系畢業(yè)論文（設計）的答辯工作，組織專家對有爭議的畢業(yè)論文（設計）成績進行復評；
5、評選、推薦本系各專業(yè)優(yōu)秀畢業(yè)論文（設計）和優(yōu)秀指導教師；
6、負責本系畢業(yè)論文（設計）的成績管理、檔案管理；
7、對本系畢業(yè)論文（設計）工作過程的各個環(huán)節(jié)進行自評、總結。
（二）指導教師職責
1、指導教師的資格
（1）指導教師應由學術水平較高、教學經驗豐富、一般具有碩士學位或講師（含實驗師、工程師）及以上職稱的教師擔任。
（2）在校外做畢業(yè)論文（設計）時，可由教研室聘請相當于講師以上的科研、技術人員擔任指導，由本專業(yè)講師及以上職稱的教師負責，掌握論文的進度、要求，協(xié)調有關工作。
（3）指導教師由教研室確定并經系主任審批后，在系內備案。為確保指導教師有足夠的時間和精力對學生進行指導，每個指導教師指導學生人數(shù)一般不超過10人。
2、指導教師職責
（1）指導教師要為人師表，教書育人，嚴格要求學生，重視培養(yǎng)學生獨立工作能力、分析問題能力、解決問題能力和創(chuàng)新能力。
（2）幫助學生做好選題工作。學生選定題目后，指導教師向學生介紹論文題目的意義和要求，幫助學生了解問題的研究現(xiàn)狀和必讀的參考資料，指導學生進行調查研究、實驗等。
（3）指導學生擬定論文（設計）寫作計劃和寫作提綱，審閱論文（設計）初稿，指導學生完成論文（設計）工作。
（4）對畢業(yè)論文（設計）提出修改意見、寫出評語，參加答辯和進行論文（設計）成績評定。
（5）檢查學生論文（設計）的進展情況，及時解決存在的問題，定期向系（或教研室）匯報指導論文（設計）進展情況。
（6）畢業(yè)論文（設計）期間，指導教師應安排充足的時間與學生進行交流，每周不得少于1小時。指導教師一般不應離校出差，因公必須出差經批準后，應事先布置好學生任務，并委托其他教師代為指導。
（7）指導教師要對學生的畢業(yè)論文（設計）把好關，堅決杜絕學生剽竊、抄襲他人的研究成果。
（三）對學生要求
1、學生應努力學習、勤于實踐、勇于創(chuàng)新，獨立保質保量完成畢業(yè)論文（設計），不得弄虛作假和抄襲、拷貝他人的成果或請他人代替完成任務，不得虛構編造實驗數(shù)據(jù)和社會調查資料。否則畢業(yè)論文（設計）成績按不及格論處。
2、學生要尊重指導教師，虛心向指導教師學習，應定期向指導教師匯報工作進度，自覺接受指導教師的指導和檢查。
3、學生必須嚴格遵守學校的作息制度等各項規(guī)章制度，按時按質按量完成畢業(yè)論文（設計）。畢業(yè)論文（設計）期間，一般不準請假。因事必須請假的，應在不影響完成任務的前提下，首先向指導教師提出申請，由指導教師簽署意見，再按學生學籍管理有關規(guī)定審批。學生缺勤（包括病、事假）超過畢業(yè)論文（設計）時間1／4的，取消答辯資格，不予評定成績。
4、學生調研或實驗時，愛護儀器設備，保持設計室（實驗室）的干凈整潔，嚴格遵守操作規(guī)程及有關部門規(guī)定，嚴禁在工作場所戲嬉、打鬧、打撲克、下棋等。
三、畢業(yè)論文（設計）工作程序
畢業(yè)論文（設計）工作程序：制定畢業(yè)論文（設計）工作計劃--組織學生選題--確定選題并填寫開題報告--撰寫論文，進行設計--畢業(yè)論文（設計）評閱和答辯資格審查--答辯--評定成績--教學質量檢查--畢業(yè)論文（設計）的裝訂、評優(yōu)、存檔。
（一）制定畢業(yè)設計（論文）工作計劃
畢業(yè)論文（設計）工作領導小組應認真做好指導教師和學生的動員工作。
（二）選題
1、選題要求
（1）選題時間：2014年1月25日前選題，1月31日前提交論文開題報告。
（2）畢業(yè)論文（設計）題目應符合本專業(yè)培養(yǎng)目標，體現(xiàn)綜合訓練的基本要求。題目難度要適當，份量要合理，工作量要足夠。題目應具有一定的理論意義或實際價值。原則上實習做什么，論文寫什么；不要離開實際工作，追求理論提高。
（3）畢業(yè)論文（設計）題目原則上一人一題。若是難度高、工作量大的團隊項目，確需兩人或多人合作共同承擔，應使學生研究的題目、方向有所區(qū)別，做到分工明確、有所側重，確保每個學生有獨立完成的任務。
（4）若課題是來自校外有關單位或需借助校外實驗條件的，應本著就地就近的原則安排。學生在校外做畢業(yè)論文（設計）期間，系要指派專人負責聯(lián)系工作，經常了解課題的進展情況。
2、選題程序
由畢業(yè)論文（設計）領導小組確定指導教師，各系分配好指導教師和學生名單，指導教師根據(jù)專業(yè)和學科要求，提出備選畢業(yè)論文（設計）題目，經畢業(yè)論文（設計）領導小組集體討論審批后向學生公布，供學生選擇。學生也可以自擬題目，在取得指導教師的同意后報系審批。
（三）填寫開題報告書
學生選定題目后，由指導教師與學生共同研究，在學生理解題目內涵與意義、了解論文撰寫規(guī)范及素材要求、明確論文實施方案與步驟后，由學生填寫《吉林大學珠海學院本科畢業(yè)論文（設計）開題報告書》指導教師負責審閱。
（四）撰寫論文（進行設計）
1、學生填寫開題報告后，進入撰寫論文（進行設計）階段。學生在撰寫畢業(yè)論文、進行畢業(yè)設計期間，應嚴肅認真，遵守紀律，刻苦鉆研，大膽實踐，勇于創(chuàng)新，按時完成論文（設計）任務，并按統(tǒng)一規(guī)定的格式和要求撰寫論文（參見：吉林大學珠海學院畢業(yè)論文（設計）撰寫規(guī)范）。
2、畢業(yè)論文（設計）字數(shù)一般要求在8000字左右。
3、在畢業(yè)論文（設計）工作的過程中，指導教師要對學生進行精心指導，嚴格要求，要充分發(fā)揮學生的主動性和積極性，注重培養(yǎng)學生的獨立工作能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。在進行指導時，還應注重對學生進行思想教育，做到教書育人。
4、2014年3月15日前完成畢業(yè)論文初稿， 2014年4月30日前完成畢業(yè)論文終稿。2014年4月30日提交畢業(yè)論文終稿（doc版和pdf版文件命名為：學號_姓名_論文題目）進行。
（六）答辯（2014年5月中旬）
1、答辯是畢業(yè)論文（設計）工作過程中的一個重要環(huán)節(jié)，必須嚴肅認真組織進行。所有學生必須參加畢業(yè)論文答辯。
2、由指導教師對學生的答辯資格進行審查。對符合下列條件之一者，可取消其答辯資格，畢業(yè)論文（設計）成績按不及格處理：
（1）未能及時完成畢業(yè)論文（設計）任務書規(guī)定的要求者；
（2）畢業(yè)論文（設計）期間擅自離校、缺勤達到1/4以上者；
（3）畢業(yè)論文不通過者；
（4）查明有抄襲或找人代做行為者。
3、我系畢業(yè)答辯具體程序如下：
（1）成立答辯委員會，確定論文答辯方式，統(tǒng)一答辯要求，做好畢業(yè)設計（論文）答辯的組織工作、成績評定及畢業(yè)設計（論文）工作總結。答辯委員會由本系教師組成，答辯委員會主任由分管教學工作的系主任擔任。
（2）答辯委員會可下設若干答辯小組，負責具體答辯工作。答辯小組由本專業(yè)（教研室）的教師或相關的教師3～5人組成，設組長1人，秘書1人。
（3）答辯進程：答辯委員會（或小組）秘書宣布答辯人姓名及題目--學生陳述不超過10分鐘--答辯小組提問--學生回答--答辯小組評分。每位學生答辯時間控制在15～20分鐘。
（4）答辯過程中，要認真做好答辯記錄，并撰寫答辯小組評語。評語要符合學生論文及答辯過程的實際情況，體現(xiàn)不同學生論文的個性化特點。
（5）為保證畢業(yè)論文（設計）答辯質量，加強同學對畢業(yè)論文（設計）答辯的重視程度，答辯工作應做到“三嚴格”：嚴格審查答辯資格、嚴格把握答辯程序、嚴格控制答辯成績。
（七）評定成績
1、畢業(yè)論文（設計）成績應根據(jù)寫作過程、論文（設計）質量與答辯情況三方面綜合考核。
2、畢業(yè)論文（設計）成績評定，采用五級記分制，即優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格。對畢業(yè)論文（設計）的評分必須客觀、公正、準確。優(yōu)秀論文（設計）的比例一般不超過15％且成績被評定為優(yōu)秀的畢業(yè)論文必須進行答辯。
（八）畢業(yè)論文（設計）裝訂、歸檔、總結工作
1、印刷
為便于開展對本科畢業(yè)論文（設計）的管理與檢查工作，我系本科畢業(yè)論文（設計）一律使用A4幅面紙張打印，一本畢業(yè)論文（設計）順序如下：
（1）封面（按學院統(tǒng)一格式印制）
（2）畢業(yè)論文（設計）開題報告
（3）中文題目、摘要和關鍵詞
（4）英文題目、摘要和關鍵詞
（5）目錄
（6）正文
（7）附件
（8）參考文獻
（9）致謝
2、畢業(yè)論文（設計）存檔，畢業(yè)論文（設計）的存檔按照一人一袋的標準進行，一個學生一個檔案袋，檔案袋里要有：中期檢查表、畢業(yè)論文（設計）答辯記錄、畢業(yè)論文（設計）評語評分表以及理工科進行畢業(yè)設計的其他數(shù)據(jù)或材料。
3、總結
畢業(yè)論文（設計）工作結束以后，系內要認真進行工作總結，檢查在畢業(yè)論文（設計）工作過程中執(zhí)行學院規(guī)定和要求的情況、取得的成績和特色、存在的問題以及改進的措施，對畢業(yè)論文（設計）工作提出意見或建議。
四、本規(guī)定解釋權在系畢業(yè)論文（設計）工作領導小組。
畢業(yè)設計質量滑坡的原因既有社會大環(huán)境造成的客觀因素，也有教學組織以及學生自身的主觀因素。時代已經向前發(fā)展了，很多客觀環(huán)境已經發(fā)生了較大的變化，而我們大多數(shù)工科專業(yè)的畢業(yè)設計教學模式仍然與幾十年前一樣。首先在時間安排上，仍然安排在第8學期，但實際情況已經大大地變化了。幾十年前大學生由組織分配工作，很少有人去單位提前報到，第8學期絕大多數(shù)人都是待在校園里正常上課的。而現(xiàn)在的學生，尤其是工科專業(yè)的，大四下學期沒有多少人是安心待在學校的。找到工作的基本上都提前上班或者被試用去了；沒找到工作的則到處奔波于各場招聘會；甚至于已經考上研究生的學生也有不少外出應聘的，因為他們隨時準備在讀研和就業(yè)之間進行取舍。因此將畢業(yè)設計安排在第8學期，表面上是給了一個學期的充足時間，實際上學生真正用來做畢業(yè)設計的時間很少，甚至幾乎沒有。這個問題在強調高校就業(yè)率，同時就業(yè)市場競爭越來越激烈的大環(huán)境下，是無法通過簡單地加強管理來解決的。第二個客觀因素是隨著擴招的深入，幾十年前那種一個教授指導三兩個學生的情況很少見了，現(xiàn)在是一個講師指導七八個學生，工科專業(yè)尤其如此。雖然老師們都是盡心盡力，但是在有限的時間內同時指導過多的學生很難做到面面俱到。對于工科畢業(yè)設計來說，資源需求是個很大的問題。工科畢業(yè)設計需要通過工程實踐來培養(yǎng)動手能力，這就需要包括設備、資金、場地在內的大量資源，普通教師是無力同時向這么多學生提供這些資源的。因此現(xiàn)在很多工科學生的畢業(yè)設計也和理科生一樣以寫論文為主，這也是沒有辦法的辦法。另外教師和學生雙方都存在一定的主觀因素造成畢業(yè)設計質量的下降。很多指導教師考慮到學生求職的實際情況，或者由于自身工程經歷有限，所出的畢業(yè)設計題目往往偏向理論方面，或者類似于課程設計的內容，起不到畢業(yè)設計的訓練作用。而學生對于這種不能真正提高自己工程能力，甚至對課程設計中做過的題目也提不起興趣，對畢業(yè)設計敷衍了事，雙方相互作用，形成一種惡性循環(huán)。
二、工科本科生畢業(yè)設計改革途徑的探討
面對上述現(xiàn)實，我們必須對工科畢業(yè)設計進行教學改革，以下是幾種可能的途徑。
（一）改變畢業(yè)設計的時間選擇，靈活安排
從第5學期開始就可以靈活機動地分批啟動畢業(yè)設計，時間長度上也不必規(guī)定多長時間，只要質量達到了要求就可以結束。對于學生來說，這直接解決了畢業(yè)設計與就業(yè)的沖突。對于老師來說，由于學生做畢業(yè)設計的時間分散開了并且拉得比較長，解決了指導過程中時間不足和資源不足的問題。可能有人認為畢業(yè)設計時間提前，學生有些課還沒學，條件不足，但筆者認為這恰恰會帶來好處。長期以來，工科教學存在理論與實際脫節(jié)的現(xiàn)象，大學的前7個學期主要講授理論知識，實踐環(huán)節(jié)較少，而且很零散，很多實踐環(huán)節(jié)仍然是為理論教學服務的。通過提前給學生一個貼近實際的畢業(yè)設計題目，可以讓學生在專業(yè)課的學習上更有目的性，尤其是可以引導學生在專業(yè)選修課上圍繞畢業(yè)設計題目形成一個系列，從而在某一個專門的工程應用領域建立自己的專長。雖然在做畢業(yè)設計的過程中，學生可能會遇到還沒上過的內容，但這種挑戰(zhàn)性不僅可以激發(fā)其相應的學習興趣，更重要的是指導教師可以借此培養(yǎng)學生的自學能力，指導其發(fā)展研究能力，從授人以魚變成授人以漁。也可能有人認為時間上會有沖突，因為學生還有大量的各類課程要學。但筆者認為內容大于形式，與其安排在空有形式的第8學期，還不如提早開始，加強管理，認真考核，這樣學生就沒有敷衍的理由。只要學生認真對待，筆者相信他們能夠擠出來的時間會遠遠超過第8學期真正用在畢業(yè)設計上的時間。最后，這種安排有利于學生的就業(yè)?，F(xiàn)在的工科生往往在第7學期就已經開始求職了。如果在第8學期進行畢業(yè)設計，學生在求職時由于缺乏工程實踐的訓練，即使成績單很漂亮，也往往在面對用人單位時底氣不足，甚至難以和招聘人員進行專業(yè)交流。而在第7學期時，學生的工程實踐能力已經通過畢業(yè)設計得到了提高，則就業(yè)競爭力也會增強。
（二）部分已落實就業(yè)學生的畢業(yè)設計
可以面向其工作單位進行對于部分已經落實了就業(yè)單位的學生，其畢業(yè)設計可以利用學生進入企業(yè)試用的時間，選定學生所在企業(yè)生產和研發(fā)中某些具體的技術問題作為畢業(yè)設計的內容，并且可以利用學生所在企業(yè)的資源來支撐畢業(yè)設計，而指導教師主要提供理論和技術上的支持，這就避免了完全由教師出畢業(yè)設計題目而產生的空洞和盲目性，學生會很感興趣。即使得不到用人單位的配合，仍然可以圍繞學生今后從事的技術工作有針對性地設定畢業(yè)設計的題目來進行“定向培養(yǎng)”，起到了“扶上馬，送一程”的效果。
（三）結合各類學科競賽進行小組化畢業(yè)設計
現(xiàn)在工科有不少學科競賽，比如挑戰(zhàn)杯、電子設計大賽、飛思卡爾杯等等。對這些競賽校方是愿意投入的，而且有些還能得到企業(yè)的協(xié)助。我們可以利用這些資源，把這些競賽作為畢業(yè)設計的題目，同樣能起到培養(yǎng)工程實踐能力的作用。當然，這就必須改變以往那種畢業(yè)設計只能一人一題的規(guī)定，而是一個競賽小組共同完成一個題目，只要在論文中體現(xiàn)出各自的技術分工即可。實際上團隊合作也是一種重要的工程能力，是需要加以訓練的。工科教學往往忽視了這種綜合素質的培養(yǎng)，通過小組化畢業(yè)設計可以補上這一課。
三、結束語
超寬帶（UWB,Ultra Wide Band）無線技術在無線電通信、雷達、跟蹤、精確定位、成像、武器控制等眾多領域具有廣闊的應用前景，因此被認為是未來幾年電信熱門技術之一。1990年，美國國防部首先定義了“超寬帶”概念，超寬帶無線通信開始得到美國軍方和政府部門的重視。2002年4月，美國FCC通過了超寬帶技術的商用許可，超寬帶無線通信在民用領域開始受到普遍關注。目前“超寬帶”的定義只是針對信號頻譜的相對帶寬（或絕對帶寬）而言，沒有界定的時域波形特征。因此，有多種方式產生超寬帶信號。其中，最典型的方法是利用納秒級的窄脈沖（又稱為沖激脈沖）的頻譜特性來實現(xiàn)[1]。
超寬帶無線電是對基于正弦載波的常規(guī)無線電的一次突破。幾十年來，無線通信都是以正弦載波為信息載體，而超寬帶無線通信則以納秒級的窄脈沖作為信息載體。其信號產生、調制解調、信號隱蔽性、系統(tǒng)處理增益等方面，具有獨特的優(yōu)勢，尤其是能夠在密集的多徑環(huán)境下實現(xiàn)高速傳輸。由于脈沖持續(xù)時間很短，多徑分量在時域上不易重疊，多徑分辨能力高，通過先進的多徑分離技術或瑞克接收機，可以充分利用多徑分量。
目前，典型的超寬帶無線通信調制方式以TH-PPM、TH-PAM為主，本論文中，介紹超寬帶無線通信中的調制技術，主要討論TH-PPM、TH-PAM的基本原理，并且對比調制技術的優(yōu)缺點，性能的好壞，并進行動態(tài)的仿真，從仿真圖中較清楚的研究調制方式，從而得出正確的結論，細致的研究超寬帶無線通信中的調制技術。
關鍵字：超寬帶 調制方式 PPM調制 PAM調制 OFDM調制
2 概述
2.1 總述
近幾年來,超寬帶短距離無線通信引起了全球通信技術領域極大的重視。超寬帶通信技術以其傳輸速率高、抗多徑干擾能力強等優(yōu)點成為短距離無線通信極具競爭力和發(fā)展前景的技術之一。FCC(美國通信委員會) 對超寬帶系統(tǒng)的最新定義是:相對帶寬(在- 10dB 點處) (fH - fL)/fc > 20 %(fH ,fL ,fc分別為帶寬的高端頻率、低端頻率和中心頻率) 或者總帶寬BW> 500MHz。[1]它與現(xiàn)有的無線電系統(tǒng)比較,在花費更小的制造成本的條件下,能夠做到更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(100～500MbPs) 、更強的抗干擾能力(處理增益50dB 以上) ,同時具有極好的抗多徑性能和十分精確的定位能力(精度在cm 以內) 。
2.2 UWB基本原理
發(fā)射超寬帶(UWB) 信號最常用和最傳統(tǒng)的方法是發(fā)射一種時域上很短(占空比低達0. 5 %) 的沖激脈沖。這種傳輸技術稱為“沖擊無線電( IR) ”.UWB - IR 又被稱為基帶無載波無線電,因為它不像傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中使用正弦波把信號調制到更高的載頻上,而是用基帶信號直接驅動天線輸出的[6];由信息數(shù)據(jù)對脈沖進行調制,同時,為了形成所產生信號的頻譜而用偽隨即序列對數(shù)據(jù)符號進行編碼。因此沖擊脈沖和調制技術就是超寬帶的兩大關鍵所在。
2.2.1 脈沖信號
從本質上講,產生脈沖寬度為納秒級的信號源是UWB 技術的前提條件。目前產生脈沖信號源的方法有兩類: ①光電方法,基本原理是利用光導開關導通瞬間的陡峭上升沿獲得脈沖信號。由于作為激發(fā)源的激光脈沖信號可以有很陡的前沿,所以得到的脈沖寬度可達到皮秒(10 - 12 ) 量級。另外,由于光導開關是采用集成方法制成的,可以獲得很好的一致性,因此是最有發(fā)展前景的一種方法。②電子方法,利用微波雙極性晶體管雪崩特性,在雪崩導通瞬間,電流呈“雪崩”式迅速增長,從而獲得具有陡峭前沿的波形,成形后得到極短脈沖。在電路設計中,采用多個晶體管串行級聯(lián),使用并行同步觸發(fā)的方式,加快了雪崩過程,從而達到進一步降低脈沖寬度的目的[7]。
沖激脈沖通常采用單周期高斯脈沖,典型的單周期高斯脈沖的時域和頻域數(shù)學模型分別表示為:
(2-1)
(2-2)
單周期脈沖的寬度在納秒級(0. 1～1. 5ns) ,重復周期為25～1000ns ,具有很寬的頻譜,如圖2-1 所示。實際通信中使用的是一長串的脈沖,由于時域中信號的周期性造成了頻譜的離散化,周期性的單脈沖序列頻譜中出現(xiàn)了強烈的能量尖峰。這些尖峰將會對信號構成干擾,通過數(shù)據(jù)信息和偽隨機碼來進行編碼P調制,改變脈沖與脈沖間的時間間隔,可以降低頻譜的尖峰幅度[2]。
圖2-1 單周期脈沖的時間域和頻率域的表示
2.2.2 UWB的調制技術
超寬帶系統(tǒng)中信息數(shù)據(jù)對脈沖的調制方法可以有多種。脈沖位置調制( PPM) 和脈沖幅度調制(PAM) 是UWB 最常用的兩種調制方式。通常UWB信號模型為:
(2-3)
其中,w ( t) 表示發(fā)送的單周期脈沖, dj , tj 分別表示單脈沖的幅度和時延。
a PAM- UWB
PAM是一種通過改變那些基于需傳輸數(shù)據(jù)的傳輸脈沖幅度的調制技術。在PAM調制系統(tǒng)中,一系列的脈沖幅度被用來代表需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。任何形狀的脈沖都是通過其幅度調制使傳輸數(shù)據(jù)在{ - 1 , + 1}之間變化(對于雙極性信號) 或在M 個值之間變化(對于M 元PAM) 。增加傳輸脈沖所占的帶寬或減少脈沖重復頻率,都可以增加一個固定平均功率譜密度的UWB 系統(tǒng)所能達到的吞吐量和傳輸距離,可以看出這一效果與增加傳輸功率的峰值的效果是相似的。[8]
采用脈沖幅度調制(PAM)的超寬帶信號波形如下:[4]
(2-4)
其中, dj 是信息序列, Tf 是脈沖重復周期。根據(jù)dj 的不同取值, 可將PAM調制方式分為以下三種:
（1） OOK(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,UWB 信號的幅度為0) ;
（2）PPAM(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,UWB 信號的幅度為β1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,UWB 信號的幅度為β2) ;
（3）BPSK(發(fā)送數(shù)據(jù)為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發(fā)送數(shù)據(jù)為0 ,UWB 信號的幅度為- 1) 。
對于這三種方式,在超寬帶的PAM調制方式中多采用BPSK方式。
b PPM- UWB
脈沖位置調制(PPM) 又稱時間調制(TM) ,是用每個脈沖出現(xiàn)的位置落后或超前某一標準或特定時刻來表示某個特定信息的[3]。二進制PPM 是超寬帶無線通信系統(tǒng)經常使用的一種調制方法,相對其它調制方法來說也是較早使用的一種方法。采用PPM的一個重要原因是它能夠使用零相差的相關接收機來接收檢測信號,而這種接收機有著非常好的性能。采用脈沖位置調制( PPM) 的超寬帶信號波形如下:
(2-5)
其中, dj 取0 或1 ,δ為調制因子, 與脈沖寬度Tm (1/Tf ) 是一個數(shù)量級。當發(fā)送數(shù)據(jù)為1 時脈沖就會相應滯后一個時延δ。
圖2-2 給出了上述四種調制方法的信號波形圖,對這四種調制方式給出了一個比較直觀的描述。
除了這些對脈沖的調制方法外,用偽隨機碼或偽隨機噪聲(PN) 對數(shù)據(jù)符號進行編碼以得到所產生信號的頻譜時,根據(jù)編碼的不同即擴頻和多址技術不同,超寬帶系統(tǒng)又被分為跳時的超寬帶系統(tǒng)(TH - UWB) 、直擴的超寬帶系統(tǒng)(DS - UWB) 、跳頻的超寬帶系統(tǒng)(FH - UWB) 和基帶多載波超寬帶系統(tǒng)(MC - UWB) 等[9]。
圖2-2 不同調制方式的信號波形[4]
2.3 UWB 技術特點
由于UWB 與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比,工作原理迥異,因此UWB 具有如下傳統(tǒng)通信系統(tǒng)無法比擬的技術特點[4]:
(1)系統(tǒng)容量大。香農公式給出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出,帶寬增加使信道容量的升高遠遠大于信號功率上升所帶來的效應,這一點也正是提出超寬帶技術的理論機理。超寬帶無線電系統(tǒng)用戶數(shù)量大大高于3G系統(tǒng)。
(2)高速的數(shù)據(jù)傳輸。UWB 系統(tǒng)使用上GHz 的超寬頻帶,根據(jù)香農信道容量公式,即使把發(fā)送信號功率密度控制得很低,也可以實現(xiàn)高的信息速率。一般情況下,其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達到幾百Mbps～1Gbps。
(3)多徑分辨能力強。UWB 由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率,窄脈沖的多徑信號在時間上不易重疊,很容易分離出多徑分量,所以能充分利用發(fā)射信號的能量。實驗表明,對常規(guī)無線電信號多徑衰落深達10～30dB 的多徑環(huán)境,UWB 信號的衰落最多不到5dB。
(4)隱蔽性好。因為UWB 的頻譜非常寬,能量密度非常低,因此信息傳輸安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB 設備對于其他設備的干擾就非常低。
(5)定位精確。沖激脈沖具有很高的定位精度,采用超寬帶無線電通信,可在室內和地下進行精確定位,而GPS 定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內。與GPS 提供絕對地理位置不同,超短脈沖定位器可以給出相對位置, 其定位精度可達厘米級。
(6)抗干擾能力強。UWB 擴頻處理增益主要取決于脈沖的占空比和發(fā)送每個比特所用的脈沖數(shù)。UWB 的占空比一般為0. 01～0. 001 ,具有比其它擴頻系統(tǒng)高得多的處理增益,抗干擾能力強。一般來說,UWB 抗干擾處理增益在50dB 以上。
(7)低成本和低功耗。UWB 無線通信系統(tǒng)接收機沒有本振、功放、鎖相環(huán)( PLL) 、壓控振蕩器(VCO) 、混頻器等, 因而結構簡單,設備成本將很低。由于UWB 信號無需載波,而是使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù),脈沖持續(xù)時間很短,一般在0. 20ns～1. 5ns之間,有很低的占空因數(shù),所以它只需要很低的電源功率。一般UWB 系統(tǒng)只需要50～70mW 的電源,是藍牙技術的十分之一[10]。盡管如此,UWB 在技術上面臨一定的挑戰(zhàn), 還有諸多技術的問題有待研究解決,比如需要更好地理解UWB 傳播信道的特點,建立信道模型,解決多徑傳播;需要進一步研究高速脈沖信號的生成、處理等技術;研究新的調制技術,進一步降低收發(fā)結構的復雜度等。
2.4 UWB發(fā)射機和接收機組成框圖
2.4.1 UWB發(fā)射機組成框圖
UWB發(fā)射機直接發(fā)送納秒級脈沖來傳輸數(shù)據(jù)而不需使用載波電路。所以，UWB發(fā)射機比現(xiàn)有的無線發(fā)射設備要簡單得多。TH-UWB發(fā)射機組成框圖如圖2-3所示[5]。
圖2-3 UWB發(fā)射機組成框圖
調制后的數(shù)據(jù)與偽碼產生器生成的偽碼一起送入可編程延遲電路，可編程延遲電路產生的時延控制脈沖信號發(fā)生器的發(fā)送時刻，脈沖信號發(fā)生器輸出的UWB信號由天線輻射出去。脈沖信號產生電路的一個關鍵部分是天線，它的作用相當于一個濾波器。
2.4.2 UWB接收機組成框圖
TH-UWB接收機采用相關接收方式，接收機框圖如圖4所示。圖4中虛線內的部分是相關器。它由乘法器、積分器和取樣/保持電路三部分組成[5]。
接收機與發(fā)射機類似，兩者的區(qū)別在于接收機的基帶信號處理器從取樣/保持電路中解調數(shù)據(jù)，基帶信號處理器的輸出控制可編程時延電路，為可編程時延電路提供定時跟蹤信號，保證相關器正確解調出數(shù)據(jù)。
圖2-4 UWB接收機組成框圖
2.5 UWB 技術的應用前景
UWB 系統(tǒng)在很低的功率譜密度的情況下,UWB具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢,最大可以提供高達1000Mbps 以上的傳輸速率,使UWB 同其它短距離無線通信系統(tǒng)的技術優(yōu)勢非常明顯,如表1 所示。現(xiàn)有的各種無線解決方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 則在10m 左右的范圍之內打破了這一限制,UWB 的應用將使人們可以擺脫更多線纜的牽絆,通信因而變得更為方便[6]。
2.6 結束語
無線通信已經迅速滲入我們的生活當中,對容量不斷增長的要求需要一種不對現(xiàn)有的通信系統(tǒng)造成影響的新的無線通信方案,超寬帶脈沖無線電系統(tǒng)正好滿足了這一要求。UWB 技術對于無線短距離的高速數(shù)據(jù)通信是非常有競爭力的,隨著研究的深入,憑借多方面的優(yōu)勢,它將在很多領域占有一席之地。特別是短距離傳輸?shù)暮?G領域,UWB 將有廣闊的發(fā)展空間[8]。
表1 幾種短距離無線通信比較
IEEE802. 11a
Bluetooth
UWB
工作頻率
2. 4GHz
2. 402～2. 48GHz
3. 1～10. 6GHz
傳輸速率
54Mbps
小于1Mbps
大于480Mbps
通信距離
10m～100m
10m
小于10m
發(fā)射功率
1 瓦以上
1 毫瓦～100毫瓦
1 毫瓦以下
容量空間
80kbps/m2
30kbps/m2
1000kbps/m2
應用范圍
無線局域網
家庭和辦公室互連
近距離多媒體
終端類型
筆記本、臺式電腦、掌上電腦、因特網網關
筆記本、移動電話、掌上電腦、移動設備
無線電視、DVD , 高速因特網網關
3 MATLAB 軟件工具介紹
3.1 MATLAB語言的概述
MATLAB是一種科學計算軟件，適用于工程應用各領域的分析設計與復雜計算，它使用方便，輸入簡捷，運算高效且內容豐富，很容易由用戶自行擴展。因此，它已成為大學教學和科學研究中最常用且必不可少的工具。
MATLAB是“矩陣實驗室”（MATrix LABoratoy）的縮寫，它是一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言，著重針對科學計算、工程計算和繪圖的需求。與其他計算機語言相比，其特點是簡潔和智能化，適應科技專業(yè)人員的思維方式和書寫習慣，使得編程和調試效率大大提高。它用解釋方式工作，鍵入程序立即得出結果，人機交互性能好，為科技人員所樂于接受。特別是它可適應多種平臺，并且隨計算機硬、軟件的更新而用時升級。因而，MATLAB語言是數(shù)值計算用得最頻繁的電子信息類學科工具。它大大提高了課程教學、解題作業(yè)、分析研究的效率。
3.2 MATLAB的歷史
在1980年前后，美國的Cleve Moler博士在New Mexico大學講授線性代數(shù)課程時，發(fā)現(xiàn)應用其他高級語言編程極為不便，便構思并開發(fā)了MATLAB（MATrix LABoratory，矩陣實驗室），它是集命令翻譯、科學計算于一身的一套交互式軟件系統(tǒng)，經過在該大學進行了幾次的試用之后，于1984年推出了該軟件的正式版本。它是以著名的線性代數(shù)軟件包LINPACK和特征計算軟件包EISPACK中的子程序為基礎發(fā)展而成的一種開放型程序設計語言，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個維數(shù)不加限制的矩陣，這就允許用戶可以根據(jù)數(shù)值計算問題的復雜程序，對問題進行分段甚至逐句編程處理，顯然這與C、FORTRAN等傳統(tǒng)高級語言完全不同。在MATLAB下，矩陣的運算變得異常的容易，后來的版本中又增添了豐富多彩的圖形圖像處理及多媒體功能，使得MATLAB的應用范圍越來越廣泛，Moler博士等一批數(shù)學家與軟件專家組建了名為MathWorks的軟件開發(fā)公司，專門擴展并改進MATLAB。
為了準確地把一個控制系統(tǒng)的復雜模型輸入給計算機，然后對之進行進一步的分析與仿真，1990年MathWorks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具，并定名為SIMULAB，該工具很快在控制界得致函廣泛的使用。但因其名字與著名的軟件SIMULA類似，所以在1992年正式改名為SIMULINK。此軟件有兩個明顯的功能：仿真與連接，亦即可以利用鼠標在模型窗口上畫出所需的控制系統(tǒng)模型，然后利用該軟件提供的功能來對系統(tǒng)直接進行仿真。很明顯，這種做法使得一個很復雜系統(tǒng)的輸入變得相當容易。SIMULINK的出現(xiàn)，更使得MATLAB的控制系統(tǒng)的仿真與其在CAD中的應用打開了嶄新的局面。
3.3 MATLAB語言的特點
MATLAB語言有以下特點。
(1) 起點高
每個變量代表一個矩陣，以矩陣運算見長。當前的科學計算中，幾乎無處不用矩陣運算，這使它的優(yōu)勢得到了充分的體現(xiàn)。
(2) 人機界面適合科技人員
MATLAB的語言規(guī)則與筆算式相似。MATLAB的程序與科技人員的書寫習慣相近，因此，易寫易讀，易于在科技人員之間交流。矩陣的行列數(shù)無需定義。MATLAB不必有階數(shù)定義，輸入數(shù)據(jù)的行列數(shù)就決定了它的階數(shù)。鍵入算式立即得到結果，無需編譯。MATLAB是以解釋方式工作的，即它對每條語句解釋后立即執(zhí)行，若有錯誤也立即做出反應，便于編程者立即改正。這些都大大減輕了編程和調試的工作量。
(3) 強大而簡易的做圖功能
能根據(jù)輸入數(shù)據(jù)自動確定坐標繪圖，能規(guī)定多種坐標系，（極坐標系、對數(shù)坐標系等），能繪制三維坐標中的曲線和曲面，可設置不同顏色、線型、視角等。如果數(shù)據(jù)齊全，通常只需一條命令即可出圖。
(4) 智能化程度高
繪圖時自動選擇坐標，大大方便了用戶；做數(shù)值積分時自動按精度選擇步長；自動檢測和顯示程序錯誤的能力強，易于調試。
(5) 功能豐富，可擴展性強
MATLAB軟件包括基本部分和專業(yè)擴展兩大部分。
基本部分包括矩陣的運算和各種變換、代數(shù)和超越方程的求解、數(shù)據(jù)處理和傅立葉變換及數(shù)值積分等等?？梢猿浞譂M足大學理工科學生的計算需要。
擴展部分稱為工具箱。它實際上是用MATLAB的基本語句編成的各種子程序集，用于解決某一方面的專門問題，或實現(xiàn)某一類的新算法?，F(xiàn)在已經有控制系統(tǒng)、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、模糊集合、神經元網絡及小波分析等工具箱，并且向公式推導、系統(tǒng)仿真和實時運行等領域發(fā)展。
MATLAB的核心內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語句編寫的。
3.4 MATLAB仿真
通過利用所學的理論知識，建立一個完整、準確的需求說明，清楚、準確地提出仿真試驗所要解決的問題。
對所提出的仿真系統(tǒng)給出詳細定義，明確系統(tǒng)中的模塊、系統(tǒng)構成、模塊之間的相互關系，系統(tǒng)的輸入輸出、邊界條件以及系統(tǒng)的約束條件，并明確仿真所要達到的目標。
根據(jù)仿真系統(tǒng)分析的結果，確定系統(tǒng)中的參數(shù)、變量及其互之間的關系，并以數(shù)學形式將這些關系描述出來，從而構成仿真系統(tǒng)的數(shù)學模型。數(shù)學建模是系統(tǒng)仿真中最關鍵的一步，所建立的數(shù)學模型必須盡可能準確地反映所關心的真實系統(tǒng)的特性，而又不能過于復雜，以免降低模型的效率，增加不必要的計算過程，即建模需要根據(jù)求解問題的要求，在模型的近似程度與復雜程度之間折中。電子與通信系統(tǒng)的數(shù)學模型通常以方框圖形式或數(shù)學方程形式來表達。
根據(jù)建立的數(shù)學模型所需要的數(shù)據(jù)元素，收集與模型系統(tǒng)有關的數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)學模型建立系統(tǒng)的計算機仿真模型，收集數(shù)據(jù)，確定其中各子模塊的結構，輸入輸出接口，輸入輸出的數(shù)據(jù)表達形式，數(shù)據(jù)的存儲方式等。然后編制相應的程序流程，用MATLAB語言實現(xiàn)。
仿真模型驗證的目的是確定計算機仿真模型是否準確表達了數(shù)學模型。仿真模型驗證通常的方法是將數(shù)學模型的解析結果（或理論結果）與仿真所得到的數(shù)值結果相比較來完成的；或通過已知的系統(tǒng)輸入輸出結果，對比在相同條件下的系統(tǒng)仿真結果來驗證仿真模型的正確性。
根據(jù)仿真試驗設計的方案，讓計算機執(zhí)行計算，并在執(zhí)行計算的過程中了解仿真模型對于各種不同輸入信號以及不同參數(shù)和仿真機制下的輸出，得出試驗數(shù)據(jù)，從而預測系統(tǒng)在實際環(huán)境中的運行情況。
對仿真模型的運行階段所產生的數(shù)據(jù)進行分析，其目的是從運行階段所產生的數(shù)據(jù)中找出系統(tǒng)運行規(guī)律，對仿真系統(tǒng)的性能做出評價，為系統(tǒng)方案的最終決策提供輔助支持。對仿真結果進行分析，對仿真數(shù)據(jù)的可靠性、一致性、置信度等做出判定，最終將仿真結果以曲線、圖表和文字等形式形成論文。
4 超寬帶無線的調制技術
發(fā)射超寬帶（UWB）信號最常用和最傳統(tǒng)的方法是發(fā)射時域上很短的脈沖。這種傳輸技術稱為“沖激無線電”（Impulse Radio,簡寫為IR）。信息數(shù)據(jù)符號對脈沖進行調制，其調制方式可以有多種。脈沖位置調制（PPM）和脈沖幅度調制（PAM）是最常用的兩種調制方式。除了要對脈沖進行調制外，為了形成所產生的信號的頻譜，還要用偽隨機碼或偽隨機噪聲（PN）對數(shù)據(jù)符號進行編碼。一般是，編碼后的數(shù)據(jù)符號引起脈沖在時間軸上的偏移，這就是所謂的跳時超寬帶（TH-UWB，Time-Hopping UWB）。直接序列擴譜（DS-SS）就是編碼后的數(shù)據(jù)符號對基本脈沖的幅度進行調制，這在沖激無線電（IR）中被稱為直接序列超寬帶（DS-UWB，Direct-Sequence UWB），這種調制方式似乎非常有吸引力[1]。
對于超寬帶信號，也可以通過很高的數(shù)據(jù)速率來產生而根本不需要具備脈沖的特性。只要UWB定義所要求的相對帶寬或最小帶寬在整個傳輸過程中得到滿足，那么，靠發(fā)射高速率數(shù)據(jù)而不是窄脈沖所產生的具有UWB射頻帶寬的系統(tǒng)，就不應該被排除在UWB系統(tǒng)之外。諸如正交頻分復用（OFDM），在數(shù)據(jù)速率適當?shù)那闆r下也可產生UWB信號。因此，OFDM也是一種超寬帶的調制方式。
本文主要討論TH-UWB、DS-UWB和OFDM調制方式。
4.1 PPM-TH-UWB 調制方式
4.1.1 跳時超寬帶信號的產生
在結合了二進制PPM的TH-UWB(二進制PPM-TH-UWB或者PPM-TH-UWB)中,UWB信號的產生可以系統(tǒng)地描述如下(參見圖4-1描繪的發(fā)射鏈路) [1]。
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-1 PPM-TH-UWB信號的發(fā)射方案
給定待發(fā)射的二進制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率Rb=1/Tb (b/s)，圖4-1中的第一個模塊使每個比特重復Ns次，產生一個二進制序列：
(…,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)。這個模塊引入了冗余，其實是一種被稱為重復碼的(Ns,1)分組編碼器。一般術語上稱為信道編碼。
第二個模塊是傳輸編碼器，就是應用整數(shù)值碼序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)和二進制序列a=(…,a0,a1,…,aj,aj+1,…),產生一個新序列d，序列d的一般元素表達式如下：
dj=cjTc+aj （4-1）
式中,Tc和 是常量，對所有的cj滿足條件cjTc+ <Ts，通常 <Tc。
這里的d是一個實數(shù)值序列，而a是二進制序列，c是整數(shù)值序列.現(xiàn)在我們遵循最常用的方法，假定c是企業(yè)界隨機碼序列，它的元素cj是整數(shù)，且滿足
0 cj Nh-1。 碼序列c可能為周期序列，其周期表示為Np。兩種特殊情況值得討論。第一種,碼是非周期的，即 ；第二種是Np=Ns，這是最常用的一種，這時的編碼周期與二進制碼重復的次數(shù)相等。我們必須牢記：傳輸編碼扮演了碼分多址編碼和發(fā)射信號的頻譜形成雙重角色[1]。
實數(shù)值序列d輸入到第三個模塊，即PPM調制模塊，產生了一個速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts(脈沖/s)的單位脈沖(Dirac pulses ) 序列。這些脈沖在時間軸上的位置為 ，因此脈沖位置在jTs基礎上偏移了dj，脈沖的發(fā)生時間也可表示為( )。注意是碼序列對c信號引入了TH位移，也正因為此，c被稱為TH碼。還要注意一點就是由PPM調制引起的位移 ，通常比TH碼引起的位移cjTc小得多，即： ，cj=0除外。Tc稱為碼片時間(chip time)。
最后一個模塊是脈沖形成濾波器，其沖激響應為。必須保證脈沖形成濾波器輸出的脈沖序列不能有任何的重疊。
以上所有系統(tǒng)級聯(lián)以后的輸出信號 可表示如下：
(4-2)
比特間隔或比特持續(xù)時間，也即用于傳輸一個比特的時間Tb，可表示為：Tb=NsTs。在式(4-2)中，cjTc定義了脈沖的隨機性或者說是相對于Ts整數(shù)倍時刻的抖動。如果用隨機TH抖動 來表示由TH編碼cjTc引起的時間上的位移，并假定 在0和 之間分布，則可得到：
(4-3)
正如前面提到的， 通常遠大于 。這兩個量的整體效果是產生一個分布在0和 之間的時間隨機位移量，用 表示這個時間隨機位移，可得發(fā)射信號的如下表達式：
(4-4)
更一般性地概括式(4-2)所表示的信號，其思想是：對于信息比特“0”和“1”，可以發(fā)射兩個不同的脈沖波形 和 來分別表示。上面分析的PPM調制的例子，引入了 這個時間位移量，它的值根據(jù)它所代表的比特而有所不同，其實是上述思想的特殊例子，其中的 是 位移以后的波形。一種更一般的表達式：
(4-5)
當將 設置為- 時，式(4-5)也表示了PAM和TH-UWB的結合，即PAM-TH-UWB模型[1]。
4.1.2 PPM-TH-UWB的發(fā)射鏈路 系統(tǒng)模型如圖4-2所示
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-2 PPM-TH-UWB 發(fā)射器的系統(tǒng)模型
圖4-2中的第一個模塊表示二進制源。這個模塊的輸出是發(fā)射到物理信道的二進制流。第二個模塊表示重復碼編碼器。二進制流的每一個比特都被重復次。第三個模塊仿真TH編碼和二進PPM。這里考慮偽隨機TH碼。最后一個模塊是脈沖形成。這個模塊的沖激響應表示要發(fā)射的UWB信號的基本脈沖波形[1]。
4.1.3 PPM-TH-UWB 仿真結果及其分析
圖（4-3）顯示了參數(shù)設置如下時所產生的UWB信號
以dBm為單位的平均發(fā)射功率Pow， 信號的抽樣頻率fc， 由二進制源產生的比特數(shù)numbits， 平均脈沖重復時間Ts（單位為秒），每個比特映射的脈沖數(shù)Ns， 碼片時間Tc（秒）， 跳時碼的碼元最大值Nh和周期Np，沖激響應持續(xù)時間Tm, 脈沖波形形成因子tau（秒）， PPM時移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
由圖4-3中可以看到輸出序列的前五個脈沖在其對應時隙的中間位置，而后五個脈沖則在其對應時隙的起始位置。
圖4-3 PPM-TH-UWB 發(fā)射機產生的信號
圖4-4 PPM-TH-UWB的幅度譜
由圖4-4可以看出，TH編碼和PPM調制都對幅度譜的高斯形狀產生扭曲。PPM-TH-UWB信號的幅度譜將完全包含在無TH編碼和無PPM調制的幅度譜包絡中，這是因為以同樣的形狀和同樣的平均功率傳輸?shù)乳g隔脈沖的結果。
4.2 PAM-DS-UWB調制方式
4.2.1 直接序列超寬帶信號的產生
直接序列擴譜（DS-SS）是一種著名的數(shù)字調制方式。這里，我們先回顧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特性的信號可以通過下面的過程產生：首先，用偽隨機碼或二進制PN碼序列對要發(fā)射的二進制進行編碼；其次，對一串窄脈沖進行幅度調制。這一過程可以看做是目前使用DS-SS系統(tǒng)的一種極端方式，此時脈沖在時域上是具有典型時間的奈奎斯特型脈沖或方波。讓脈沖寬度遠遠小于切普間隔，很容易得到DS-SS-UWB的解析表達式。在傳統(tǒng)的DS-SS系統(tǒng)中，RF發(fā)射信號是對載波進行幅度調制后得到的，通常使用二進制相移鍵控BPSK方式。而在DS-UWB中，如果沒有專門的要求，這一過程可省略。[1]
更詳細地，上述信號可以通過如下過程產生（見圖所示發(fā)射鏈路）。
SHAPE \* MERGEFORMAT 圖4-5 PAM-DS-UWB 信號的發(fā)射方案
假定待發(fā)射的二進制序列b=(…,b0,b1,…,bk,bk+1,…)，其速率為Rb=1/Tb (b/s)，圖4-5中的第一個系統(tǒng)將每個比特重復Ns次，得到序列：(…,b0,b0,…,b0,b1,b1,…,b1,…,bk,bk,…,bk,bk+1,bk+1,…,bk+1,…)=a*，其速率為Rcb=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。與TH方式相似，系統(tǒng)引入的冗余相當于一個參數(shù)為(Ns,1)的重復碼編碼器。
第二個系統(tǒng)將a*序列轉換成只含有正值和負值元素的序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，轉換公式為：( ).
發(fā)射編碼器將一個由 1組成、周期為Np的二進制碼序列c=(…,c0,c1,…,cj,cj+1,…)應用到序列a=(…,a0,…,a1,…,aj,aj+1,…)，產生一個新序列d=a·c，其組成元素dj=ajcj。通常假定Np等于Ns，更具一般性的假定是Np等于Ns的整數(shù)倍。注意，序列d的元素值為 1，這一點與序列a相同，其速率為Rc=Ns/Tb=1/Ts (b/s)。
序列d進入第三個系統(tǒng)——PAM調制器，產生一個速率為Rp=Ns/Tb=1/Ts （脈沖/s）的單位脈沖（Dirac脈沖 ）序列，其位置在jTs處[6]。
調制器輸出的信號進入沖洲響應為p(t)的脈沖形成濾波器。在傳統(tǒng)的DS-SS系統(tǒng)中，沖激響應p(t)是持續(xù)時間為Ts的矩形脈沖。而在DS-UWB系統(tǒng)中，與TH方式相似，p(t)是持續(xù)時間遠小于Ts的脈沖。
以上系統(tǒng)級聯(lián)后的輸出信號可以表示為
(4-6)
注意，與TH方式相似，比特間隔或比特持續(xù)時間，即傳輸一個比特所用的時間是Tb=NsTs。
輸出的波形顯然是一個PAM波形。很容易知道，由于沒有時移而且脈沖以規(guī)則的時間間隔出現(xiàn)，計算式(4-6)所示信號的PSD要比計算式(4-2)所示信號的PSD更容易。
上述方式的一種變形是使用PPM調制器代替PAM調制器，得到的信號可表示為：
(4-7)
注意到在式(4-7)中，由于碼的偽隨機特性，編碼會起到白化頻譜的作用。
4.2.2 PAM-DS-UWB 發(fā)射鏈路 其系統(tǒng)模型如圖4-6所示.
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-6 PAM-DS-UWB 發(fā)射機系統(tǒng)模型
圖4-6中的前兩個模塊分別表示二進制源和重復碼編碼器。第三個模塊是在重復碼編碼器的輸出端實現(xiàn)DS編碼和二進制PAM調制。我們考慮偽隨機DS碼，分配給一般用戶的是長度為NP的二進制碼序列。最后一個模塊是脈沖形成器[1]。
4.2.3 PAM-DS-UWB 仿真結果及其分析
圖4- 7 由PAM-DS-UWB發(fā)射機產生的信號
圖（4-7）顯示了參數(shù)設置如下時所產生的UWB信號
以dBm為單位的平均發(fā)射功率Pow， 信號的抽樣頻率fc， 由二進制源產生的比特數(shù)numbits， 平均脈沖重復時間Ts（單位為秒），每個比特映射的脈沖數(shù)Ns， 碼片時間Tc（秒）， 跳時碼的碼元最大值Nh和周期Np，沖激響應持續(xù)時間Tm, 脈沖波形形成因子tau（秒）， PPM時移dPPM（秒）。
Stx: Pow=-30, fc=50e9, numbits =2, Ts=2e-9,
Ns=10, Np=10, Tm=0.5e-9,
tau=0.25e-9,
這個信號由兩組脈沖序列組成，每組包含10個脈沖，每組映射信息源的一個比特。從圖4-7中可以看出每二組的10個脈沖與第一組的10個脈沖在極性上是相反的。
圖4-8 PAM-DS-UWB的幅度譜
由圖4-8可以看出，幅度譜的包絡具有基本脈沖的傅氏變換的形狀，即高斯形狀。且Np（信號每比特發(fā)射脈沖數(shù)）值越大，圖形分布越寬，即幅度峰值越小。
4.3 OFDM調制技術
4．3．1 概述
多頻帶（MB）方式與本章前兩節(jié)分析研究的IR原理不同。根據(jù)2002年，F(xiàn)CC公布的UWB定義，帶寬超過500MHz的信號都是UWB信號。因此，按照FCC規(guī)定的頻帶范圍3.1~10.6GHz，將此7.5 GHz的帶寬分割成最小帶寬為500MHz的若干個頻帶。為了盡量減小同窄帶通信系統(tǒng)的相互干擾，UWB采用較小的功率，于是UWB信號對于窄帶通信系統(tǒng)來說相當于熱噪聲，并不被窄帶通信系統(tǒng)的接收機檢測到，也可以避免特定頻帶上的非人為干擾[1]。
在每個子頻帶內可以使用不同的數(shù)據(jù)調制類型，并不一定要用IR方式，正確的頻譜帶寬可以通過合適的比特速率實現(xiàn)。應用最廣泛的是眾所周知的正交頻分復用（OFDM）。
4．3．2 多頻段OFDM-UWB信號產生
一個已調的OFDM信號由調制在不同載波頻率 上的同個并行發(fā)射的信號組成。這些載波等間隔地位于頻域上，其間隔為 。OFDM調制器輸入的二進制序列每K比特編為一組，以產生具有N個符號的數(shù)據(jù)塊{ }，這里假定 是L個可能的取值中的一個，K=N1bL。最后，每個符號調制一個不同的載波。為了并行傳輸數(shù)據(jù)塊的N個符號，不同的調制載波信號在頻率上必須正交[8]。
所有調制器使用相同的矩形波，其持續(xù)時間為T：
（4-8）
如果符號 在星座圖中的點用 表示，OFDM信號中有N個符號的數(shù)據(jù)塊的表達式如下[1]：
（4-9）
而相應的復包絡是
（4-10）
其中 ，S（t）是周期為T0的周期函數(shù)。
式（4-9）中OFDM信號的數(shù)字變換相當于傳輸式（4-10）中復數(shù)包絡的抽樣值，也就是說傳輸序列可表示如下：
（4-11）
tc是抽樣周期。
仿真OFDM調制信號，考慮的是OFDM各個載波使用QPSK調制的情況。仿真整個發(fā)射鏈路，產生式（4-9）的信號。
4．3．3 OFDM仿真結果及其分析 要發(fā)射的總比特數(shù)numbits； 調制信號的中心頻率fp； 抽樣頻率fc； 每個符號在其相應載波上的傳輸時間T0； 循環(huán)前綴的持續(xù)時間TP；保護間隔時間TG， 矩形脈沖響應的幅度為A， OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)N。
(1) numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=60.6e-9; TG=70.1e-9; A=1; N=4;
圖4-9 OFDM-UWB信號
圖4-10 OFDM-UWB幅度譜
圖4-10中的幅度譜由子載波的幅度譜疊加而成。
(2)numbits=8； fp=1e9; fc=50e9; T0=242.4e-9;
TP=0; TG=50e-9; A=1; N=2;
圖4-11 OFDM-UWB信號圖
圖4-11 OFDM-UWB信號幅度譜
對比以上兩圖，可以看出，在同樣的時間里為了傳輸更多的符號，是以增加帶寬為代價的，也就是增加子載波的數(shù)量。
4.4 總結
通過一系列的仿真,我們可以得出以下結論:PAM、PPM兩種調制方法主要是為了進行信息數(shù)據(jù)符號對脈沖的調制，而信號中的偽隨機TH碼和DS碼主要是為了產生信號的頻譜，使信號的功率譜密度在采用偽隨機碼調制后變得更加平滑，不能干擾到其它已經存在的窄帶系統(tǒng)[9]。
OFDM具有良好的抗多徑干擾性能，通過頻率的合理選擇，能夠同現(xiàn)存的窄帶系統(tǒng)和開放頻段的通信系統(tǒng)具有很好的共存性，同傳統(tǒng)的超寬帶系統(tǒng)相比有很大的優(yōu)勢[11]。
5 性能分析及應用前景
5.1 脈位調制(PPM)和脈幅調制(PAM)
脈位調制(PPM)是一種利用脈沖位置承載數(shù)據(jù)信息的調制方式。按照采用的離散數(shù)據(jù)符號的狀態(tài)數(shù)可以分為二進制PPM(2PPM)和多進制(MPPM)。在這種調制方式中，一個脈沖重復周期內脈沖可能出現(xiàn)的位置有2個或M個，脈沖位置與符號狀態(tài)一一對應。根據(jù)相鄰脈位之間距離與脈沖寬度之間關系，又可分為部分重疊的PPM和正交PPM（OPPM）。在部分重疊的PPM中，為保證系統(tǒng)傳輸可靠性，通常選擇相鄰脈位互為脈沖自相關函數(shù)的負峰值點，從而使相鄰符號的歐氏距離最大化。在OPPM中，通常以脈沖寬度為間隔確定脈沖位置。接收機利用相關器在相應位置進行相干檢測。鑒于UWB系統(tǒng)的復雜度和功率限制，實際應用中，常用的調制方式為2PPM或2OPPM[3]。
PPM的優(yōu)點在于：它僅需要根據(jù)數(shù)據(jù)符號控制脈沖位置，不需要進行脈沖幅度和極性的控制，便于以較低的復雜度實現(xiàn)調制與解調。因此，PPM是UWB系統(tǒng)廣泛采用的調制方式。但是，由于PPM信號為單極性，其輻射譜中往往存在幅度較高的離散譜線。對此超寬帶信號的幅度譜仿真也證明了這一點。如果不對這些譜線進行抑制，將很難滿足FCC對輻射譜的要求[10]。
脈幅調制（PAM）是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最為常用的調制方式之一。在UWB系統(tǒng)中，考慮到實現(xiàn)復雜度和功率有效性，不宜采用多進制PAM（MPAM）。UWB系統(tǒng)常用的PAM有兩種方式：開關鍵控（OOK）和二進制相移鍵控（BPSK）。前者可以采用非相干檢測降低接收機復雜度，而后者采用相干檢測可以更好地保證傳輸可靠性[3]。
當發(fā)射能量相同時，使用二進制PAM調制的信號可以比使用二進制PPM調制的信號獲得更好的性能。
5.2 OFDM調制
OFDM有很多優(yōu)點：能夠提供較大的系統(tǒng)容量，具有較強的抗多徑干擾、抗頻率選擇性衰落和頻率擴散能力，適應多徑和移動信道傳播條件，能夠適應不同設計需求，靈活分配數(shù)據(jù)容量和功率，可提供靈活的高速和變速綜合數(shù)據(jù)傳輸可以實現(xiàn)較高的安全傳輸性能，允許數(shù)據(jù)在復數(shù)的高速的射頻上被編碼。由于OFDM技術的良好性能使得它在無線通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應用[12]。
OFDM技術是將頻道資源分成若干個子信道，每個子信帶再采用一定的調制技術，提高頻率利用率。OFDM可與PPM、PAM等結合使用，將會有性能更好的調制技術出現(xiàn)。
5.3 UWB的應用前景
超寬帶技術在通信、雷達和無線定位等領域都將有廣闊的應用前景。近年來，人們對超寬帶技術深入的研究使超寬帶技術在系統(tǒng)理論、功率放大器、脈沖的產生與接收、同步、集成電路等方面取得了重大進步，尤其是在超寬帶無線產生領域的技術進步，使超寬帶通信成為無線網絡的重要組成部分成為可能。
相對于傳統(tǒng)的窄帶無線通信系統(tǒng)，超寬帶無線產生系統(tǒng)具有諸多優(yōu)點和潛力，使超寬帶無線產生成為中短距無線網絡的理想接入技術。根據(jù)產生速率不同，擠兌超寬帶無線傳輸系統(tǒng)也具有不同的特點和應用領域。
利用超寬帶技術可以提供高數(shù)據(jù)率傳輸?shù)哪芰εc定位功能，可以設計依賴定位信息優(yōu)化網絡資源管理的WPAN或WLAN，并應用于多媒體傳輸、計算機通信和家庭娛樂等領域。
利用脈沖超寬帶信號對障礙物的良好穿透特性與精確測距功能，可以設計既具有通信功能也具有定位功能的超寬帶脈沖無線通信與定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳輸距離遠（通信速率低）、頒布式移動定位、便攜、超低成本、超低功耗、定位可靠性和精度高等特點。因而可以廣泛用于傳感器網絡、消防、公共安全、庫存盤點、人員監(jiān)護與救生等重要領域。利用超寬帶脈沖信號低截獲概率、保密性高和體積小的優(yōu)點，該系統(tǒng)還可以應用與偵察、情報收集、傷員救護、武器制導等軍事領域[8]。
超寬帶信號具有很低的輻射功率，而這樣的輻射功率分布在某些方面GHz的頻率范圍內，功率譜密度極低，類似白噪聲頻譜，具有低干擾、低截獲概率特性；同時由于使用窄脈沖為信號載體并采用跳時擴頻，接收端必須已知發(fā)射端擴頻碼的條件下才能解調出發(fā)射數(shù)據(jù)來，加上它對多徑干擾具有很好的魯棒特性，非常適合在軍事保密通信的應用。非常低的輻射功率可以避免過量的電磁波對人體的傷害[7]。
結論
超寬帶無線通信技術是目前發(fā)展的熱門技術。它以其自身的優(yōu)點，被研究人員廣泛關注。超寬帶無線電技術大體包括基帶脈沖傳輸方式和帶通載波調制傳輸?shù)姆绞絻纱箢?。脈沖傳輸?shù)奶攸c是把信息調制在離散脈沖信號上發(fā)射，而帶通載波調制傳輸?shù)奶攸c則是把信息調制在正弦載波上發(fā)射。本論文是以采用基帶脈沖傳輸技術的經典超寬帶無線電通信系統(tǒng)為基礎進行研究的。
為了更好地了解超寬帶通信系統(tǒng)，本文先概括地介紹了超寬帶無線通信的基礎知識。接著將仿真的基本工具MATLAB的使用說明簡單介紹。然后，重點介紹超寬帶通信的調制方式，主要包括對TH-PPM、DS-PAM和OFDM調制方式的介紹，并通過仿真圖像加以對比，說明調制方式的優(yōu)缺點。
常采用不同的調制方案，對系統(tǒng)傳輸速率、搞多徑干擾能力有很大影響。對它們進行分析比較，對系統(tǒng)調制信號的設計具有一定的參考意義。通常，在一個通信系統(tǒng)中，應用何種調制方式不僅要看調制方式本身性能，還要根據(jù)系統(tǒng)總的設計加以考慮。
參考文獻
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