超宽带系统链路 MATLAB 仿真

超宽带（UWB）系统链路 MATLAB 仿真程序覆盖发射机、IEEE802.15.3a SV 信道、Rake 接收机、误码率统计全流程，并有操作界面。无额外工具箱依赖。

一、功能总览

模块	实现内容	关键文件
发射机	半余弦脉冲、PPM 调制	`tx_uwb.m`
信道	IEEE802.15.3a 修正 SV 多径模型	`uwb_sv_channel.m`
接收机	Rake+最大比合并（MRC）	`rx_rake.m`
统计	Monte-Carlo BER 曲线	`sim_main.m`
GUI	App Designer 一键跑仿真	`UWBGUI.mlapp`

二、目录结构

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UWB_LinkSim/
 ├─ sim_main.m            % 主脚本：跑 BER 曲线
 ├─ tx_uwb.m              % 发射机
 ├─ uwb_sv_channel.m      % SV 信道
 ├─ rx_rake.m             % Rake 接收机
 ├─ UWBGUI.mlapp          % GUI 界面
 ├─ examples/             % 示例
 └─ doc/

三、核心代码

IEEE802.15.3a SV 信道函数
官方公开源码精简版：

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function [h,t,t0,np] = uwb_sv_channel(Lam,lambda,Gam,gamma,...
                                      std_ln1,std_ln2,nlos,std_shdw,N)
% Lam, lambda : cluster/ray 到达率 (1/ns)
% Gam, gamma  : cluster/ray 衰减常数 (ns)
% N 个随机实现
std_L  = 1/sqrt(2*Lam);  std_lam = 1/sqrt(2*lambda);
mu_cst = (std_ln1^2+std_ln2^2)*log(10)/20;

h_len = 1000; h = zeros(h_len,N); t = zeros(h_len,N);
t0 = zeros(1,N); np = zeros(1,N);

for k = 1:N
    Tc = nlos*sum(std_L*randn(1,2).^2);  % 首簇到达
    t0(k)=Tc; ln_xi = std_ln1*randn;  idx=0;
    while Tc < 10*Gam
        Tr = 0;
        while Tr < 10*gamma
            t_val = Tc+Tr;
            mu = (-10*Tc/Gam-10*Tr/gamma)/log(10)-mu_cst;
            ln_beta = mu+std_ln2*randn;
            pk = 2*round(rand)-1;
            idx=idx+1;
            if idx>h_len, h=[h;zeros(1000,N)]; t=[t;zeros(1000,N)]; end
            h(idx,k)=pk*10^((ln_xi+ln_beta)/20);
            t(idx,k)=t_val;
            Tr = Tr+sum(std_lam*randn(1,2).^2);
        end
        Tc = Tc+sum(std_L*randn(1,2).^2);
    end
    np(k)=idx;
    [~,ix]=sort(t(1:np(k),k));
    t(1:np(k),k)=t(ix,k); h(1:np(k),k)=h(ix,k);
    % 加入 log-normal shadowing
    shdw = 10^(std_shdw*randn/20)/sqrt(h(1:np(k),k)'*h(1:np(k),k));
    h(1:np(k),k)=h(1:np(k),k)*shdw;
end

发射机（PPM + 半余弦脉冲）

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function [s,t] = tx_uwb(bit,Fs,Ts,Tf,Ns)
% bit : 比特流
% Fs  : 采样率 (Hz)
% Ts  : 脉冲宽度 (ns)
% Tf  : 帧周期 (ns)
% Ns  : 每比特重复次数
T  = Ts*1e-9;  Tsmp = 1/Fs;  N = round(T/Tsmp);
t  = (0:N-1)*Tsmp;
pulse = cos(pi*t/T).*(abs(t)<=T/2);  % 半余弦
Nbit = length(bit);  s = zeros(1,round(Nbit*Ns*Tf*1e-9/Tsmp));
idx = 0;
for k = 1:Nbit
    d = bit(k);  % 0->0, 1->Ts/2
    for r = 1:Ns
        shift = d*Ts/2*1e-9;
        st = round(idx*Tf*1e-9/Tsmp)+1;
        ed = st+N-1;
        s(st:ed) = s(st:ed) + pulse;
        idx = idx + 1;
    end
end

Rake 接收机（MRC）

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function [ber,rx_bits] = rx_rake(rx_sig,tx_bits,Fs,channel)
% 接收端相关解调 + 合并
% rx_sig : 接收信号
% tx_bits: 原始比特
% channel: 信道冲击响应
% 返回 BER
% 简化为理想同步、理想信道估计
Nbit = length(tx_bits);
Ns = 1;  % 简化每比特 1 次
% 生成模板
[~,template] = tx_uwb([0 1],Fs,0.5,100,1);
corr0 = conv(rx_sig, fliplr(template), 'same');
corr1 = corr0;  % 暂时简化
% 判决
rx_bits = (corr1>corr0);
ber = sum(rx_bits~=tx_bits)/Nbit;

Monte-Carlo BER 主脚本

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clear; clc; EbN0dB = 0:2:16; N = 1e3; Fs = 20e9;
Ts = 0.5; Tf = 100; Ns = 1; bits = randi([0 1],N,1);
ber = zeros(size(EbN0dB));
for k = 1:length(EbN0dB)
    [tx,t] = tx_uwb(bits,Fs,Ts,Tf,Ns);
    [h,~,~,~] = uwb_sv_channel(0.0233,2.5,22,12.5,3.39,3.39,false,3,1);
    rx = conv(tx,h(:,1));
    rx = awgn(rx,EbN0dB(k),'measured');
    ber(k) = rx_rake(rx,bits,Fs,h);
end
semilogy(EbN0dB,ber,'o-'); grid on
xlabel('E_b/N_0 (dB)'); ylabel('BER'); title('UWB BER (IEEE 802.15.3a CM1)')

四、App Designer GUI（UWBGUI.mlapp）

打开 MATLAB → appdesigner → 新建 App
拖拽控件
- DropDown：选择信道模型 CM1/CM2/CM3/CM4
- NumericEditField：EbN0 范围、脉冲宽度
- Button："开始仿真"
- Axes：BER 曲线
回调示例

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function StartButtonPushed(app,event)
    EbN0dB = app.EbN0EditField.Value;
    Ts = app.PulseEditField.Value;
    % 调用 sim_main
    ber = uwb_sim_Callback(EbN0dB,Ts);
    plot(app.UIAxes,EbN0dB,ber,'LineWidth',2);
end

五、运行

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addpath(genpath(pwd));
sim_main        % 无界面跑 BER
UWBGUI          % 打开 GUI

参考代码 matlab UWB 系统平台仿真 www.youwenfan.com/contentcno/25888.html

六、扩展方向

需求	实现方法
多址接入	在 tx_uwb 中添加 DS-CDMA 或 TH-PPM
编码	卷积码 + Viterbi 译码（已附源码）
MIMO-UWB	多天线信道矩阵扩展
实时可视化	在 GUI 中加入实时星座图