摘  要： 针对传统60 GHz毫米波无线通信系统的不足，提出了一种新型的基于归零基带脉冲OOK/DAMI方案。介绍了基于归零基带脉冲OOK/DAMI体制的60 GHz毫米波通信系统的发送端模型，简单分析了各个模块的功能,给出了通信系统接收端模型并进行了简要说明，描述了3种常用的ps级脉冲信号的产生方法与各自的优缺点。仿真分析了不同类型脉冲信号的功率谱密度，最后给出了合成基带脉冲的时域调制波形图和对应的功率谱密度图,仿真显示能够满足60 GHz通信中功率谱遮蔽特性的要求。
关键词： OOK/DAMI；基带脉冲成形；毫米波通信；60 GHz

    随着全球信息产业的高速发展，无线技术中的传输速率已经从最初的kb/s发展到Mb/s，人们对高速高质量的无线通信服务的需求呈爆炸式增长。此外，现有的无线频谱资源越来越紧张，60 GHz无线通信正是在这一背景下应运而生。IEEE802.15.3c建议，60 GHz系统一般选用SC PHY单载波模式、HSI PHY高速接口模式及AV PHY音频/视频模式。HSI PHY和AV PHY这两种模式由于使用了OFDM复用体制[1]导致系统复杂度较高且对相位噪声敏感[2]，单载波SC体制复杂度稍好但系统的通信容量又明显小了很多，为此本文提出了一种基于多信号合成归零基带脉冲的OOK/DAMI方案，该方案属于SC体制但通过合成方法来产生ps级的基带脉冲信号，因而大大提高了通信系统的码元速率。
    目前产生ps级脉冲信号的方法大致可以分为3类，第一类利用可编程高速数字器件，优点是脉冲信号的频率、相位、脉宽和幅度的程序可控[3]，由于使用的是电平变化陡峭的数字信号，所以产生的脉冲信号频谱太宽。第二类基于阶跃恢复二极管(SRD)，SRD在从正向激励电压转换到负向激励电压时，反向电流会持续一段时间然后迅速截止，从而形成一个陡峭的阶跃电压来产生脉冲信号[4]。参考文献[5]采用3级级联的SRD电路产生了宽度为250 ps的脉冲信号，且3 dB带宽接近4 GHz；参考文献[6]采用由SRD和微波三极管构成的电路能产生脉宽为500 ps、峰峰值为7.6 V的单周期脉冲信号，但这种方法产生的脉冲信号幅度、频率和脉宽等参数不好调节。第三类是采用传输线或晶格等器件，参考文献[7]采用非线性传输线对产生的信号进行时域压缩来得到需要的窄脉冲信号，这类方法的主要缺点是结构复杂且成本太高。
    相反，本文采用信号合成方法来构造归零基带脉冲，不仅能够产生ps级的归零基带窄脉冲，且功率谱能够满足60 GHz系统的遮蔽特性规范。通过改变参与合成信号的参数，能够较方便地调节脉冲信号的幅度和频率。
1 系统发射端模型
    本文提出的基于多信号合成归零基带脉冲OOK/DAMI体制的通信系统，较多载波的OFDM体制不仅降低了系统收发机的结构复杂度、系统实现难度和成本，而且峰值平均功率比(PAPR)较OFDM体制的系统要小和对相位噪声不那么敏感。最重要的是：采用多信号合成的方法可构造满足功率谱遮蔽特性要求的归零基带脉冲；减小码间串扰；增加系统抗干扰的能力；可以突破IEEE802.15.3c标准中OOK/DAMI体制数据的传输速率的上限；可提高系统功率发射的效率，大大降低系统的平均功耗。
   


    接收端信号由接收天线进入到BP模块，BP模块滤除掉60 GHz通信频带之外的噪声信号，低噪声放大器LNA对接收信号进行放大，之后进行解调。PLL模块用来从放大之后的接收信号中提取出60 GHz的载波信号，之后经过两个乘法器和LP(低通滤波器)分别实现正交和同相分量信号的提取，最后再通过整形、同步和解码模块后输出二进制数据信号。
3 调制信号功率谱仿真分析
    我国于2006年10月以信无函[2006]82号文件规定了59 GHz～64 GHz作为60 GHz频段微功率(短距离)无线技术应用[8]，产生符合60 GHz功率谱遮蔽特性要求的皮秒级窄脉冲，是60 GHz脉冲通信系统中最为关键技术之一，也是主要的挑战。在脉冲设计方面，采用多信号相干合成方法来构造归零基带脉冲。选用的基带脉冲信号不同，调制之后的信号频谱利用率也相差很大，几种常用信号脉冲调制后的功率谱密度如图5所示。
    从图5中可以看到不同类型的基带脉冲调制后发射频谱遮蔽特性差异很大。目前广泛采用的是矩形脉冲调制，由于时域信号存在较陡峭变化的边缘，所以其功率谱旁瓣较多且占的比例较大，发射频谱的遮蔽特性最差。而高斯脉冲调制的发射频谱的遮蔽特性相对最好，不仅没有旁瓣，而且功率谱主要成分集中在载频附近。

    本文使用相干信号合成发生器来产生所需的归零基带脉冲信号，产生的脉冲信号为高斯脉冲，脉冲信号调制之后的时域波形和对应的功率谱密度PSD如图6所示。

    本文针对传统60 GHz毫米波无线通信系统的不足，提出了一种新型的基于相干合成归零基带脉冲OOK/DAMI体制的60 GHz毫米波通信系统模型，给出了OOK体制和DAMI体制下的通信系统发射端和接收端原理框图，并分析了关键模块的原理和功能，最后仿真分析了已调信号的功率谱密度，仿真结果显示功率谱能够满足60 GHz通信功率遮蔽特性的要求。
参考文献
[1] LAN/MAN standards committeeof the IEEE computer society. IEEE Std 802.15.3c-2009，IEEE-SA Standards Board[S].2009.
[2] ZAMORANO J L N，THILLO J V，BOURDOUX W，et al. Impact of phase noise on OFDM and SC-CP[C].Global Telecommunications Conference，GLOBECOM′07，IEEE，2007.
[3] 吴有用，万旺根，赵恒凯.一种基于数字器件的多参数皮秒级脉冲成形系统[J].电测与仪表，2009，46(9)：65-67，80.
[4] 周建明，高晓薇，陈宁，等.一种基于SRD和NLTL的皮秒 级脉冲产生电路[J].固体电子学研究与进展，2007，27(1)：40-43，73.
[5] CHOI G W，CHOI J J，HAN S H.Picosecond impulse generator driven by cascaded step recovery diode pulse shaping circuit[C].Rev.Sci.Instrum.82，016106(2011).
[6] 刘丽华，戴舜，谢义方，等.新型超宽带穿墙雷达单周期窄脉冲产生技术[J].北京理工大学学报，2011，31(1)： 92-95.
[7] INDIRAYANTI P，VOLKAERTS W，REYNAERT P，et al. Picosecond pulse generation with nonlinear transmission lines  in 90-nm CMOS for mm-wave imaging applications[C]. ICECS，2012.
[8] 信无函[2006]82号.关于60 GHz频段微功率(短距离)无线电技术应用有关问题的通知[Z].2006.