時間：2022-04-14 19:04:29
序論：在您撰寫畢業設計工業設計論文時，參考他人的優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您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
學校地處廣東省粵西地區湛江市，遠離珠三角設計中心地帶，設計服務相對缺乏。地方經濟支柱行業除了水產養殖及加工傳統優勢之外，形成了以電飯煲為主體的小家電生產基地，據統計，全國90%的電飯煲是在湛江生產。與強大的生產數量相比，設計能力遠遠落后，缺少自己的品牌，多數為貼牌生產。對自主設計的需求為產學研合作提供廣闊的空間。
2現行畢業指導方法的弊端及應對措施
（1）畢業設計選題時間倉促，整體設計時間短，設計環節不能保證充分實施。工業設計程序的完成需要較長的時間，且指導要及時?，F在各高校一般從每年1月份確定畢業設計題目到6月初答辯，期間有寒假，而且這段時間也是本科畢業生頻繁準備各類應聘會應聘考試的階段，所以整個畢業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，學校工業設計專業已經有4個工作室，有相當的學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節，一個月時間，由全體專業教師參與指導，實質上是畢業設計的一次“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，可以根據學生的興趣，制定家電類、家具類、衛浴產品、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設計的題目，深入進行；如果存在問題，及時進行調整，為畢業設計掃清障礙，從容進行。這樣還可以讓學生在第八學期初選擇畢業實習單位的時候有的放矢，對畢業設計具有實際的指導意義。這也解決了多年來存在的畢業設計內容與實習工作不相關的問題。
（2）畢業設計過程監控手段簡單，措施不利?，F在畢業班學生從每年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網等形式，這不利于工業設計專業特點的內容指導。工業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，經常導致畢業答辯前發現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控措施基本上沒有，很難做到有效督導。監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、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，也是對老師的監控，保障畢業設計指導工作有規可依，同時也保障了畢業設計的水平。這個記錄卡也可以作為畢業設計成績的評價依據之一。根據工業設計專業的特點，記錄卡的內容大致可以定為如下。
（3）畢業設計評價體系重結果，輕過程。多年來畢業設計成績考核的主要內容取決于答辯現場的表現。由于答辯時間緊，任務重，對于每一個學生的考核不夠全面。畢業設計最終評價應該與設計的全過程每一個階段的表現掛鉤，可以從以下幾個方面進行考核。第一，以畢業設計指導記錄卡為重要依據之一，因為它詳細記錄了畢業設計中重要的環節的完成時間和質量。第二，在答辯之前一周舉辦畢業設計展，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，畢業設計和畢業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，使得畢業設計更加豐滿、更有內涵。同時，畢業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新設計人才的培養要求。
3結論
（一）掌握專業核心技能
應用型本科院校工業設計專業樹立以能力為本位，專業技能為核心的人才培養目標，要求學生能夠在社會文化環境、市場環境中掌握產品設計、制造、開發及市場推廣的一般知識和組織管理原則，具有解決專業問題的綜合能力。該專業學生先后經過專業理論的學習，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，培養具有較強的草圖表現、計算機輔助設計、模型制作、產品制造與生產等專業核心技能，最終能在企事業單位從事產品設計相關工作。掌握專業核心技能，是應用型本科院校工業設計專業人才培養的核心內容，也是學生就業之根本。
（二）強調學以致用的能力
應用型本科教育主要培養應用型專門人才,重在培養學生應用知識的能力而非發現新知的能力，這是其區別于學術型院校、研究型院校的關鍵之處。工業設計是工業化時代的創新設計，對創新性和應用性要求較高。在應用型人才培養模式下，該專業側重培養學生運用專業知識、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設計專業人才培養的核心能力。
（三）傳承地方文化、服務面向地方
工業設計是技術、藝術與文化轉化為生產力的核心環節，是現代服務業的重要組成部分。應用型本科教育主要培養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設計專業不僅承擔著培養社會、國家、業界所需的人才，給國家社會帶來直接利益，還承擔著培養適應地方發展所需的人才，給地方發展帶來直接利益，集傳承者、創新者、服務者于一體。如何生于斯？長于斯？服務于斯？立足地方（行業）、融入地方（行業）、服務地方（行業）、共享地方（行業），成為推動地方（行業）經濟社會發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設計專業畢業設計的要求
工業設計專業畢業設計不同于其他學科專業的畢業論文，也不同于設計類學科中視覺傳達、動畫等專業的畢業設計。它要求學生針對某一項目，綜合運用專業理論知識和專業技能，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。根據應用型本科院校工業設計專業的人才培養模式，分析應用型本科院校對工業設計專業畢業設計的要求。
（一）突出專業特性
工業設計專業畢業設計是一項以產品為載體，以社會創新為導向的設計研究與實踐。其畢業設計突出體現專業特性，是要區別于藝術類其他專業。工業設計專業畢業設計突出專業特性應解決好三個問題：其一，在知識層面體現“是什么產品”；其二，在技能層面明確“用什么技術實現產品結構和功能”；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，專業特性才會更清晰、更突顯，才能避免與平面、影視等專業的畢業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、產品展示是工業設計專業畢業設計的六個主要環節，這六個環節涵蓋了該專業絕大部分理論與實踐知識，且每一環節對應一項專業能力。選題測試學生對專業知識宏觀把握的能力；方案構思測試學生知識創新的能力；方案篩選測試學生運用專業方法解決問題的能力；計算機建模測試學生專業技能應用的能力；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把握專業知識的能力。目前，該專業很多學生在畢業設計創作過程中只參與前四個環節，模型制作則找企業或工廠代工完成，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節，因此，學生需參與到畢業設計的各個環節，特別是實踐應用環節，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，其畢業設計也應圍繞地方特色展開，作為文化創意產業緊密聯系的工業設計專業更應如此。其畢業設計選題要切合當地實際情況，與地方企業、文化產業聯系緊密，以服務地方發展為目的。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設計專業畢業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設計專業畢業設計質量的對策
（一）科學選題
好的選題就是成功的一半，畢業設計選題直接關系到后續畢業設計進展。工業設計專業畢業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，確保畢業設計后續工作進展自如；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與產業。工業設計專業畢業設計選題立足地方產業發展，圍繞地方特色展開創作，實現學生應用能力與企業實際需求之間的零距離對接，可以提高畢業設計質量。再次，選題圍繞社會發展與需求。此類選題能幫助學生了解社會動態。如畢業設計選題以我國社會發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新，試圖解決農村問題、農民問題、農業問題。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
工業設計專業畢業設計涉及的知識較為廣泛，根據教師自身專長，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設計，提高畢業設計質量。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、學校教師與企業工程師等多種類型的組合，充分發揮各自優勢，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。任務分工可依據教師專長和畢業設計管理中計劃、組織、監督、控制等四個環節，共同督促、推進、落實。
（三）落實畢業設計展示
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、采集數據、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；另一方面也可以發現借鑒某些航空公司優秀的餐具設計，以提供更好的設計方案。該問卷在互聯網平臺之上，借由現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，并在該互聯網平臺上進行數據的初步統計。
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，其實是現有的餐具設計考慮不周，這就給該畢業設計提供了發揮空間。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助乘客簡易順利地完成經濟艙位環境內的進食，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
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[1]。
超寬帶無線電是對基于正弦載波的常規無線電的一次突破。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、系統處理增益等方面，具有獨特的優勢，尤其是能夠在密集的多徑環境下實現高速傳輸。由于脈沖持續時間很短，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缺點，性能的好壞，并進行動態的仿真，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點成為短距離無線通信極具競爭力和發展前景的技術之一。FCC(美國通信委員會) 對超寬帶系統的最新定義是: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]它與現有的無線電系統比較,在花費更小的制造成本的條件下,能夠做到更高的數據傳輸速率(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
發射超寬帶(UWB) 信號最常用和最傳統的方法是發射一種時域上很短(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,因為它不像傳統通信系統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];由信息數據對脈沖進行調制,同時,為了形成所產生信號的頻譜而用偽隨即序列對數據符號進行編碼。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,使用并行同步觸發的方式,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了強烈的能量尖峰。這些尖峰將會對信號構成干擾,通過數據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
超寬帶系統中信息數據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據的傳輸脈沖幅度的調制技術。在PAM調制系統中,一系列的脈沖幅度被用來代表需要傳輸的數據。任何形狀的脈沖都是通過其幅度調制使傳輸數據在{ - 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dj 的不同取值, 可將PAM調制方式分為以下三種:
（1） OOK(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發送數據為0 ,UWB 信號的幅度為0) ;
（2）PPAM(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為β1 ;發送數據為0 ,UWB 信號的幅度為β2) ;
（3）BPSK(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發送數據為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 ) 是一個數量級。當發送數據為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) 對數據符號進行編碼以得到所產生信號的頻譜時,根據編碼的不同即擴頻和多址技術不同,超寬帶系統又被分為跳時的超寬帶系統(TH - UWB) 、直擴的超寬帶系統(DS - UWB) 、跳頻的超寬帶系統(FH - UWB) 和基帶多載波超寬帶系統(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 與傳統通信系統相比,工作原理迥異,因此UWB 具有如下傳統通信系統無法比擬的技術特點[4]:
(1)系統容量大。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。超寬帶無線電系統用戶數量大大高于3G系統。
(2)高速的數據傳輸。UWB 系統使用上GHz 的超寬頻帶,根據香農信道容量公式,即使把發送信號功率密度控制得很低,也可以實現高的信息速率。一般情況下,其最大數據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,所以能充分利用發射信號的能量。實驗表明,對常規無線電信號多徑衰落深達10～30dB 的多徑環境,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 定位系統只能工作在GPS 定位衛星的可視范圍之內。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送每個比特所用的脈沖數。UWB 的占空比一般為0. 01～0. 001 ,具有比其它擴頻系統高得多的處理增益,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 無線通信系統接收機沒有本振、功放、鎖相環( 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送數據,脈沖持續時間很短,一般在0. 20ns～1. 5ns之間,有很低的占空因數,所以它只需要很低的電源功率。一般UWB 系統只需要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, 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,進一步降低收發結構的復雜度等。
2.4 UWB發射機和接收機組成框圖
2.4.1 UWB發射機組成框圖
UWB發射機直接發送納秒級脈沖來傳輸數據而不需使用載波電路。所以，UWB發射機比現有的無線發射設備要簡單得多。TH-UWB發射機組成框圖如圖2-3所示[5]。
圖2-3 UWB發射機組成框圖
調制后的數據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生器的發送時刻，脈沖信號發生器輸出的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]。
接收機與發射機類似，兩者的區別在于接收機的基帶信號處理器從取樣/保持電路中解調數據，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據。
圖2-4 UWB接收機組成框圖
2.5 UWB 技術的應用前景
UWB 系統在很低的功率譜密度的情況下,UWB具有巨大的數據傳輸速率優勢,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的技術優勢非常明顯,如表1 所示。現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有的通信系統造成影響的新的無線通信方案,超寬帶脈沖無線電系統正好滿足了這一要求。UWB 技術對于無線短距離的高速數據通信是非常有競爭力的,隨著研究的深入,憑借多方面的優勢,它將在很多領域占有一席之地。特別是短距離傳輸的后3G領域,UWB 將有廣闊的發展空間[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、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大學講授線性代數課程時，發現應用其他高級語言編程極為不便，便構思并開發了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，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軟件包LINPACK和特征計算軟件包EISPACK中的子程序為基礎發展而成的一種開放型程序設計語言，其基本的數據單元是一個維數不加限制的矩陣，這就允許用戶可以根據數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博士等一批數學家與軟件專家組建了名為MathWorks的軟件開發公司，專門擴展并改進MATLAB。
為了準確地把一個控制系統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模型，然后利用該軟件提供的功能來對系統直接進行仿真。很明顯，這種做法使得一個很復雜系統的輸入變得相當容易。SIMULINK的出現，更使得MATLAB的控制系統的仿真與其在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，這使它的優勢得到了充分的體現。
(2) 人機界面適合科技人員
MATLAB的語言規則與筆算式相似。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。矩陣的行列數無需定義。MATLAB不必有階數定義，輸入數據的行列數就決定了它的階數。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
能根據輸入數據自動確定坐標繪圖，能規定多種坐標系，（極坐標系、對數坐標系等），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。如果數據齊全，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擴展兩大部分。
基本部分包括矩陣的運算和各種變換、代數和超越方程的求解、數據處理和傅立葉變換及數值積分等等。可以充分滿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，或實現某一類的新算法?，F在已經有控制系統、信號處理、圖像處理、系統辨識、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、系統仿真和實時運行等領域發展。
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給出詳細定義，明確系統中的模塊、系統構成、模塊之間的相互關系，系統的輸入輸出、邊界條件以及系統的約束條件，并明確仿真所要達到的目標。
根據仿真系統分析的結果，確定系統中的參數、變量及其互之間的關系，并以數學形式將這些關系描述出來，從而構成仿真系統的數學模型。數學建模是系統仿真中最關鍵的一步，所建立的數學模型必須盡可能準確地反映所關心的真實系統的特性，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。電子與通信系統的數學模型通常以方框圖形式或數學方程形式來表達。
根據建立的數學模型所需要的數據元素，收集與模型系統有關的數據。根據數學模型建立系統的計算機仿真模型，收集數據，確定其中各子模塊的結構，輸入輸出接口，輸入輸出的數據表達形式，數據的存儲方式等。然后編制相應的程序流程，用MATLAB語言實現。
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學模型。仿真模型驗證通常的方法是將數學模型的解析結果（或理論結果）與仿真所得到的數值結果相比較來完成的；或通過已知的系統輸入輸出結果，對比在相同條件下的系統仿真結果來驗證仿真模型的正確性。
根據仿真試驗設計的方案，讓計算機執行計算，并在執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和仿真機制下的輸出，得出試驗數據，從而預測系統在實際環境中的運行情況。
對仿真模型的運行階段所產生的數據進行分析，其目的是從運行階段所產生的數據中找出系統運行規律，對仿真系統的性能做出評價，為系統方案的最終決策提供輔助支持。對仿真結果進行分析，對仿真數據的可靠性、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
發射超寬帶（UWB）信號最常用和最傳統的方法是發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）。信息數據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）對數據符號進行編碼。一般是，編碼后的數據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）就是編碼后的數據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據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，靠發射高速率數據而不是窄脈沖所產生的具有UWB射頻帶寬的系統，就不應該被排除在UWB系統之外。諸如正交頻分復用（OFDM），在數據速率適當的情況下也可產生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地描述如下(參見圖4-1描繪的發射鏈路) [1]。
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-1 PPM-TH-UWB信號的發射方案
給定待發射的二進制序列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是一個實數值序列，而a是二進制序列，c是整數值序列.現在我們遵循最常用的方法，假定c是企業界隨機碼序列，它的元素cj是整數，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相等。我們必須牢記：傳輸編碼扮演了碼分多址編碼和發射信號的頻譜形成雙重角色[1]。
實數值序列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。
以上所有系統級聯以后的輸出信號 可表示如下：
(4-2)
比特間隔或比特持續時間，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的發射鏈路 系統模型如圖4-2所示
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-2 PPM-TH-UWB 發射器的系統模型
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）顯示了參數設置如下時所產生的UWB信號
以dBm為單位的平均發射功率Pow， 信號的抽樣頻率fc， 由二進制源產生的比特數numbits， 平均脈沖重復時間Ts（單位為秒），每個比特映射的脈沖數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等間隔脈沖的結果。
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。在傳統的DS-SS系統中，RF發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（見圖所示發射鏈路）。
SHAPE \* MERGEFORMAT 圖4-5 PAM-DS-UWB 信號的發射方案
假定待發射的二進制序列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，系統引入的冗余相當于一個參數為(Ns,1)的重復碼編碼器。
第二個系統將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——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。在傳統的DS-SS系統中，沖激響應p(t)是持續時間為Ts的矩形脈沖。而在DS-UWB系統中，與TH方式相似，p(t)是持續時間遠小于Ts的脈沖。
以上系統級聯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則的時間間隔出現，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 發射鏈路 其系統模型如圖4-6所示.
SHAPE \* MERGEFORMAT
圖4-6 PAM-DS-UWB 發射機系統模型
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發射機產生的信號
圖（4-7）顯示了參數設置如下時所產生的UWB信號
以dBm為單位的平均發射功率Pow， 信號的抽樣頻率fc， 由二進制源產生的比特數numbits， 平均脈沖重復時間Ts（單位為秒），每個比特映射的脈沖數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（信號每比特發射脈沖數）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）方式與本章前兩節分析研究的IR原理不同。根據2002年，FCC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來說相當于熱噪聲，并不被窄帶通信系統的接收機檢測到，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據調制類型，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。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個符號的數據塊{ }，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。為了并行傳輸數據塊的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個符號的數據塊的表達式如下[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。
式（4-9）中OFDM信號的數字變換相當于傳輸式（4-10）中復數包絡的抽樣值，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 要發射的總比特數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； 循環前綴的持續時間TP；保護間隔時間TG， 矩形脈沖響應的幅度為A， OFDM系統的子載波數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據符號對脈沖的調制，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[9]。
OFDM具有良好的抗多徑干擾性能，通過頻率的合理選擇，能夠同現存的窄帶系統和開放頻段的通信系統具有很好的共存性，同傳統的超寬帶系統相比有很大的優勢[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據信息的調制方式。按照采用的離散數據符號的狀態數可以分為二進制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的位置有2個或M個，脈沖位置與符號狀態一一對應。根據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，為保證系統傳輸可靠性，通常選擇相鄰脈位互為脈沖自相關函數的負峰值點，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的優點在于：它僅需要根據數據符號控制脈沖位置，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調制與解調。因此，PPM是UWB系統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）是數據通信系統最為常用的調制方式之一。在UWB系統中，考慮到實現復雜度和功率有效性，不宜采用多進制PAM（MPAM）。UWB系統常用的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有很多優點：能夠提供較大的系統容量，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，靈活分配數據容量和功率，可提供靈活的高速和變速綜合數據傳輸可以實現較高的安全傳輸性能，允許數據在復數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。
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。
相對于傳統的窄帶無線通信系統，超寬帶無線產生系統具有諸多優點和潛力，使超寬帶無線產生成為中短距無線網絡的理想接入技術。根據產生速率不同，擠兌超寬帶無線傳輸系統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據率傳輸的能力與定位功能，可以設計依賴定位信息優化網絡資源管理的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。該系統包括傳輸距離遠（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點，該系統還可以應用與偵察、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，接收端必須已知發射端擴頻碼的條件下才能解調出發射數據來，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展的熱門技術。它以其自身的優點，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的方式兩大類。脈沖傳輸的特點是把信息調制在離散脈沖信號上發射，而帶通載波調制傳輸的特點則是把信息調制在正弦載波上發射。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為基礎進行研究的。
為了更好地了解超寬帶通信系統，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，說明調制方式的優缺點。
常采用不同的調制方案，對系統傳輸速率、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，還要根據系統總的設計加以考慮。
參考文獻
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畢業設計質量滑坡的原因既有社會大環境造成的客觀因素，也有教學組織以及學生自身的主觀因素。時代已經向前發展了，很多客觀環境已經發生了較大的變化，而我們大多數工科專業的畢業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學期絕大多數人都是待在校園里正常上課的。而現在的學生，尤其是工科專業的，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之間進行取舍。因此將畢業設計安排在第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設計的時間很少，甚至幾乎沒有。這個問題在強調高校就業率，同時就業市場競爭越來越激烈的大環境下，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，現在是一個講師指導七八個學生，工科專業尤其如此。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。對于工科畢業設計來說，資源需求是個很大的問題。工科畢業設計需要通過工程實踐來培養動手能力，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。因此現在很多工科學生的畢業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，對畢業設計敷衍了事，雙方相互作用，形成一種惡性循環。
二、工科本科生畢業設計改革途徑的探討
面對上述現實，我們必須對工科畢業設計進行教學改革，以下是幾種可能的途徑。
（一）改變畢業設計的時間選擇，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設計，時間長度上也不必規定多長時間，只要質量達到了要求就可以結束。對于學生來說，這直接解決了畢業設計與就業的沖突。對于老師來說，由于學生做畢業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?？赡苡腥苏J為畢業設計時間提前，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的現象，大學的前7個學期主要講授理論知識，實踐環節較少，而且很零散，很多實踐環節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設計題目，可以讓學生在專業課的學習上更有目的性，尤其是可以引導學生在專業選修課上圍繞畢業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，但這種挑戰性不僅可以激發其相應的學習興趣，更重要的是指導教師可以借此培養學生的自學能力，指導其發展研究能力，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學期真正用在畢業設計上的時間。最后，這種安排有利于學生的就業?，F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交流。而在第7學期時，學生的工程實踐能力已經通過畢業設計得到了提高，則就業競爭力也會增強。
（二）部分已落實就業學生的畢業設計
可以面向其工作單位進行對于部分已經落實了就業單位的學生，其畢業設計可以利用學生進入企業試用的時間，選定學生所在企業生產和研發中某些具體的技術問題作為畢業設計的內容，并且可以利用學生所在企業的資源來支撐畢業設計，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設計的題目來進行“定向培養”，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設計
現在工科有不少學科競賽，比如挑戰杯、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的協助。我們可以利用這些資源，把這些競賽作為畢業設計的題目，同樣能起到培養工程實踐能力的作用。當然，這就必須改變以往那種畢業設計只能一人一題的規定，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，通過小組化畢業設計可以補上這一課。
三、結束語
參考日程
負責人
1．專業（或專業課群）確定題目及指導教師，并填寫題目報表經主管院長認可
每學年第一學期12—14周
院教學秘書、教學院長
2．確定題目、學生報名、各學院匯總報表。各項準備工作就緒
每學年第一學期15—16周
院教學秘書、專業（或專業課群）負責人
3．各學院做好指導教師及有關人員的思想動員工作，并公布畢業設計（論文）工作要求及評分標準等有關規定
每學年第一學期末
教學院長
4．各學院做好學生的思想動員工作，下達任務書，向學生公布畢業設計（論文）要求及評分標準等有關管理規定。畢業設計（論文）環節開始運行
每學年第一學期末或第二學期第一周
教學院長
5．學生每人作開題報告或開題綜述（文字的或宣講。含文獻綜述、方案論證、進程計劃等）各學院檢查開題情況、教務處隨機抽查
第二學期第1—4周
專業（或專業課群）負責人、院教學秘書、教學院長
6．期中檢查，各學院教學院長領導，各專業（或專業課群）組織檢查，學生每人口頭匯報、解答問題。各學院對達不到教學要求的學生應給予警告；對優秀學生予以注意培養。各學院檢查日程報教務處備案
第8—10周
專業（或專業課群）負責人、院教學秘書、教學院長，教務處隨機抽查
7．畢業設計（論文）評閱
第16周
畢業環節指導小組
8．答辨：學生將畢業設計說明書或論文，按要求裝訂成冊，由所在畢業環節指導小組答辨。必須有院級抽查答辨，并檢查評分標準執行情況，不符合標準的，由教學院長、組織調整平衡，教務處抽查
畢業教學環節的最后一周內
專業（或專業課群）負責人、院教學秘書、教學院長
9．畢業設計說明書或論文由專業（或專業課群）負責人依據《規定》歸檔，并推薦評選優秀畢業設計（論文）及參加學校的優秀畢業設計（論文）答辯。
畢業教學環節的最后一周內
專業（或專業課群）負責人、院教學秘書
10．校優秀畢業設計（論文）答辯：各學院各專業推薦2—3名獲優秀畢業設計（論文）學生，參加學校組織的優秀畢業設計（論文）答辯。
畢業教學環節的最后一周內
教務處
11．各學院總結畢業設計（論文）工作，并寫出一份書面報告（含主要工作經驗；畢業設計（論文）完成情況；成果、成績評定；優秀的和最差的學生典型情況；指導教師工作突出的和差的情況，存在的問題和建議等）交教務處
第19周以前
教學院長
12．提前進行畢業設計（論文）的，原則上參照本規定執行，各階段相應日程自定，并在開始前將工作日程報教務處
1選題探討
如何從模具制造類企業的實際項目出發，制定既符合現實需要又能體現教育認知發展的設計項目選題。從企業的實際項目入手，將高校研究理論在真實項目實踐中完成，體現產學研一體化應用轉型，為模具企業的實際項目保證科學的理論支持。
2畢業設計形式
根據材料成型及控制工程專業工科學科的特點，培養社會需要的各類職業崗位技術能力，畢業設計應在形式上實現多元化，學生可以依據自己的特長完成產品結構的設計、制造工藝的研究，產品模擬分析或是生產管理的革新等等，不僅體現學生自身的個性特征，更能提高學生的職業興趣，合理規劃職業生涯。
3畢業設計時間安排
以往的畢業設計開展的時間與畢業實習和找工作交織，匆匆而過，質量難以保證。項目化畢業設計以教學大綱為依據，必須科學安排時間，合理處理畢業實習和設計的交融。
4畢業設計指導方式
按照前期對畢業設計的選題，必須建立與選題相適應的畢業設計指導方案。改變以往專職教師單一指導的模式，為保證學生的實踐技能和理論水平的同時提升，實現企業和專職教師的聯合指導模式。畢業設計答辯形式：在前期選題、綜合指導方式模式基礎上，改變從前學生講、老師聽，提問的單純形式，結合學生設計的不同特點，采用企業技改提案、研討會等答辯形式，給予學生展示自己研究成果的機會。畢業設計最終成績評定辦法：綜合前面的研究，保證學生學有所用，進行全方位的評價，尤其關注企業對于學生畢業設計中展現綜合能力的評定。
二項目化材料成型及控制工程專業畢業設計改革的創新點
1思路創新畢業設計改革的思路
創新在于以就業為導向，關注職業崗位能力需求，更好的實現校企人才“零對接”，以項目為載體，將材料成型及控制工程專業的畢業設計貫穿于大學培養的全程實踐教學，提高學生實踐能力，學習興趣，增加就業砝碼。
2方案創新從模具專業的市場
人才需求出發，以“理論夠用，重應用能力”的能力本位培養方式為指導，改變以往理論過重，走過場，脫離實際生產的畢業設計方案，建立操作性強、針對就業性強的項目化畢業設計方案。這也是應用型本科工學發展的必然趨勢。
3實踐理論相結合
在材料成型及控制工程專業2010屆畢業生畢業設計中采用項目化畢業設計方案，取得了不錯的成效，學生普遍反映明白自己要學什么，干什么，為什么，主動積極性高漲，在實踐中提出了一些實用的技改創新，服務社會。
4以就業為導向的項目化材料成型及控制工程專業畢業設計改革的應用價值
畢業設計的改革可以緩解高校與社會人才培養的矛盾，提高學生的就業，其應用價值主要表現在：（1）項目化的畢業設計方案有助于校企合作，用人單位提前介入人才培養，培養適合產業發展的技術人才。（2）項目化的畢業設計能夠保證教學質量，提升職業能力培養。（3）項目化的畢業設計方案縮短了高校與就業從業的適應期，增加了學生的實際工作經驗，幫助學生就業，提高學生的綜合素質和職業能力。
三結束語
