超宽带通信技术原理与应用
UWB超宽带技术研究及应用
１２ Ｕ ． ＷＢ的信号波形 Ｕ ＷＢ系统发送的是纳秒级脉冲 串， 冲宽度 远小于脉 冲之 脉
１５ Ｕ ． ＷＢ的特 点
由于Ｕ 独特 的频域和 时域特性 ， ＷＢ 使得 它具有 以下的特点 ａ ）系统结构的实现 比较简单： ＷＢ Ｕ 通过发送纳秒级脉； 来 中
传输数据信 号 其发射器直接用脉 ； 中小型 激励 天线 ．不需要功
图 １ 示。 所
家庭 网络 系统 由有线 系统和无线 系统综合构成 。其 中，有 线系统采用国际数字接 口标准Ｉ Ｅ １９ ｂ 在］ Ｅ １ ９ｂ Ｅ ４ ， Ｅ ４ 基础上 ． Ｅ ３ Ｅ ３ 家庭网络无线系统引入 了频谱高效率 的超宽带脉冲无线电技 术 ． 可提具有供灵活性和移动性 的宽带无线接入 ［］ ５。直扩序列超宽 带的 家庭 网络 把移动 高速 高性能无 线网无缝 隙 的扩 展至 有线
Ｕ ＷＢ总 线协 议 栈 结 构 如 下 图 ３ 示 。 所
Ｉ Ｅ ３ ４ 兼 容设备 Ｅ Ｅ１９
｛信道
Ｒ ＫＥ 收 Ａ 接
图 ２ Ｓ Ｕ 无线通信系统 Ｄ － ＷＢ ２ ２ 直接序列超宽带通信子网技 术 与无线 １ ９ 网桥综合 的家庭 网络结构支持 Ｉ Ｅ ４ ４ ３ Ｅ １９ 固定连 Ｅ ３ 接和Ｄ —Ｕ 无线连接。无线 Ｕ 总线系统的拓扑 结构 是呈现 Ｓ ＷＢ ＷＢ 星形 ，Ｈ Ｂ位置不是固定不变 ，管理所有挂在无线总线上 的子 Ｕ 站 ，负责维护帧结构 ，分配周期定时信息 。要监控在总线注册 的子站状态 ，在子站和子站 间广播通信质量信 息 ，显示 同步和 等时模式子站 的时 隙安排 ，控制 多址接入过程 保证输 出功率 在某一 电平之下。数据流的传输是 自组织网络中对等通信 的模 式 ，当一对子站之间直接链 路被 阻隔时 子站 和 Ｈ Ｂ也可 以承 Ｕ
uwb的定位原理与应用
UWB的定位原理与应用1. UWB技术概述UWB（Ultra-wideband）是一种无线通信技术，其特点是传输频带宽度非常大，可以覆盖从几百兆赫兹到几十吉赫兹的频段。
UWB技术由于其高精度、低功耗、高抗干扰性等特点，在室内定位、物品追踪、智能交通等领域应用广泛。
2. UWB定位原理UWB定位主要通过测量信号的到达时间、到达角度与多径传播等参数来确定目标物体的位置。
其基本原理如下：•传输：发送方通过将数据信号通过超宽带脉冲进行调制，将信号以非常窄、非常短的脉冲形式发送出去。
•接收：接收方接收到发送方的信号，并通过时间差测量等方法分析信号，获取到达时间、到达角度等信息。
•多路径衰减：由于UWB信号在传播过程中会遇到反射、衍射等现象，因此会形成多条传播路径。
通过对多路径信号进行分解和处理，可以实现对目标物体的精确定位。
3. UWB定位方法UWB定位可以通过多种方法实现，以下是常见的几种方法：3.1. TOA（Time of Arrival）TOA方法是通过测量信号从发送器到接收器的时间来确定目标物体的位置。
具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。
2.接收端接收到校准信号，并记录接收时间。
3.计算校准信号的传播时间差。
4.根据传播时间差及速度，计算目标物体的位置。
3.2. TDOA（Time Difference of Arrival）TDOA方法是通过测量信号到达不同接收器的时间差来确定目标物体的位置。
具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。
2.不同接收器接收到校准信号，并记录接收时间。
3.计算每个接收器之间的时间差。
4.根据时间差及速度，计算目标物体的位置。
3.3. AOA（Angle of Arrival）AOA方法是通过测量信号到达接收器的角度来确定目标物体的位置。
具体步骤如下：1.发送端发送校准信号。
2.接收器接收到校准信号，并记录接收到信号的角度。
3.根据接收到信号的角度及发送器与接收器之间的距离，计算目标物体的位置。
uwb 原理
uwb 原理UWB原理及应用UWB即Ultra Wideband，中文翻译为超宽带技术，是一种无线通信技术。
与传统的窄带通信技术相比，UWB技术具有带宽宽广、抗干扰能力强、定位精度高等特点，因此在无线通信和定位领域具有广泛的应用前景。
UWB通信技术的原理是利用超宽带信号来传输数据。
所谓超宽带信号，就是信号的带宽非常宽广，波形的时间宽度非常短暂，通常在纳秒级别。
由于带宽宽广，UWB信号可以覆盖很多不同频率的载波，从而实现高速数据传输。
同时，UWB信号的短脉冲宽度也意味着它的频率分辨率非常高，可以实现高精度的定位和距离测量。
UWB技术的应用非常广泛。
在无线通信领域，UWB可以用于实现高速数据传输，比如无线高清视频传输、无线USB传输等。
由于UWB信号的抗干扰能力强，可以穿透墙壁等障碍物，因此在室内定位和跟踪领域也有着广泛的应用。
比如，可以利用UWB技术实现室内导航系统，通过测量UWB信号的传播时间和强度，可以实现对用户在室内的准确定位。
此外，UWB还可以用于雷达系统，实现对目标的高精度距离测量。
UWB技术的实现主要有两种方式：脉冲式和连续式。
脉冲式UWB 通过发射一系列非常短暂的脉冲信号来传输数据，每个脉冲的宽度通常在几十皮秒到几百皮秒之间。
连续式UWB则是通过产生一个连续的、频率带宽很宽的信号来传输数据，这个信号在频谱上覆盖了很多不同的频率。
UWB技术虽然有着广泛的应用前景，但也存在一些挑战和限制。
首先，由于UWB信号的带宽很宽，需要更高的信号处理能力和更宽的频谱资源。
其次，UWB信号的传播特性复杂，受到环境的影响较大，需要采用合适的信号处理算法来克服传播中的多径效应和干扰。
此外，UWB技术还需要满足一些法规和标准的要求，以确保其在使用中不会对其他无线设备造成干扰。
UWB技术是一种具有广泛应用前景的无线通信和定位技术。
通过利用超宽带信号，UWB技术可以实现高速数据传输和高精度定位，具有很大的潜力在各个领域得到应用。
uwb 方案
uwb 方案随着无线通信技术的不断发展，超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术作为一种新兴的无线通信方案，逐渐引起了人们的关注。
本文将介绍 UWB 方案的原理、应用和未来发展趋势。
一、原理UWB 技术是一种使用宽带传输信号的无线通信技术。
其原理是通过在时间域上传输短脉冲信号，利用超短脉冲信号的频率范围来传输数据。
这种传输方式使得 UWB 技术能够在宽带频谱上进行信号传输，从而提供更高的数据传输速率和更低的功耗。
二、应用1. 室内定位与导航：UWB 技术可以实现高精度的室内定位和导航功能，能够定位到厘米级别的精度，广泛应用于室内导航、仓储管理、智能家居等领域。
2. 车联网：UWB 技术可以用于实时监测车辆位置和行驶状态，实现车辆之间和车辆与道路基础设施之间的高精度通信和交互，提升交通安全性和智能化水平。
3. 物联网：UWB 技术可以实现物联网设备之间的快速、可靠的数据传输，支持大规模设备互联和高密度数据交换，为物联网应用提供了更好的通信基础。
4. 安防监控：UWB 信号可以穿透墙壁并准确定位人体、物体的位置，可以应用于安防监控系统，提供更准确的监控和报警功能。
5. 医疗健康：UWB 技术可以实现精准的生命体征监测和医疗设备之间的低功耗数据传输，应用于远程医疗、健康管理等领域，为人们提供更好的医疗保障。
三、未来发展趋势随着物联网和智能化的不断推进，UWB 技术将有更广泛的应用前景。
未来，UWB 技术有望实现更高的数据传输速率、更低的功耗和更高的精度要求，进一步提升其在各个领域的应用价值。
另外，UWB 技术的国际标准化工作正在进行中，各个厂商和组织正在积极推动 UWB 的标准化进程。
这将有助于推动 UWB 技术的快速发展和广泛应用。
总结：UWB 技术作为一种新兴的无线通信方案，具有广泛的应用前景。
通过在时间域上传输短脉冲信号，UWB 技术能够实现高速、低功耗的数据传输，适用于室内定位、车联网、物联网、安防监控、医疗健康等领域。
UWB—超宽带无线通讯技术及应用
Tf Ts=NfTf
Tf Ts
1 UWB技术背景和概述
1.3
UWB 技术背景
超宽带(Ultra Wide Band, UWB)无线通信技术起 源于20世纪60年代对微波网络冲激响应的研究 此后研究焦点主要集中在雷达系统，并一直被 美国军方严格控制，利用占用频带极宽的超短 基带脉冲进行通信，主要应用于军用的雷达， 以及低截获率/低侦测率的通信系统。
1 UWB技术背景和概述
1.3
UWB 技术背景
频谱范围规定
FCC对UWB系统所使用的频谱范围规定为3.110.6GHz，
功率谱密度规定
发射机的信号最高功率谱密度为 −41.3dBm/MHz，
1 UWB技术背景和概述
1.3
UWB 技术背景
为了避免对现有的通信系统带来干扰，必需将超宽带系统的 发射功率限定在一定范围内，即在超宽带通信频率范围内的 每个频率上都规定一个最大的允许功率，这个功率值一般通 过辐射掩蔽（emission mask）来决定.
1 UWB技术背景和概述
1.1 什么是 UWB
窄带 宽带 超宽带 相对带宽<1% 1%<相对带宽<20% 相对带宽>20%
超宽带 绝对带宽 大于 500MHz
超宽带技术UWB(Ultra Wide Band，超宽带)是一种无线载波通信技术。即 不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占 的频谱范围很宽
2.UWB无线通信技术原理
2.3 UWB的多址及扩频
直接序列扩频
d (t )
信源 调制 高放 混频
r0 (t )
r0(t )
解调
c(t )
uwb测距方案
uwb测距方案UWB（Ultra-Wideband）是一种超宽带无线通信技术，具有高精度、高可靠性和大容量的传输特点，被广泛应用于测距领域。
本文将介绍UWB测距方案的原理、应用场景和发展趋势。
一、UWB测距原理UWB测距方案通过发送具有极短脉冲宽度和宽带频谱的信号，利用相对时间差（Time of Flight）或相对信号强度（Received Signal Strength Index，RSSI）来测量距离。
其原理如下：1. 相对时间差测距法：通过计算从发送器发出的脉冲到接收器接收到的脉冲的传播时间差来计算距离。
这种方法适合于室内环境，可以实现高精度测距。
2. 相对信号强度测距法：通过测量接收到的信号强度来推断距离。
这种方法相对简单，适用于室外环境或距离较远的测距场景。
二、UWB测距应用场景UWB测距方案具有广泛的应用场景，其中包括但不限于以下几个方面：1. 室内定位：UWB测距技术可以在室内环境中实现高精度的人员或物体定位，广泛应用于智能家居、商场导航、安防监控等领域。
2. 车联网：UWB测距可以应用于车辆之间的距离测量和通信，实现车辆自动驾驶、车队协同和交通管理等功能，提高交通安全和效率。
3. 工业自动化：UWB测距方案可以用于工业自动化中的定位和跟踪，如无人机航线规划、机器人导航等，提高生产效率和安全性。
4. 物流追踪：UWB测距技术可以实现货物在仓储和物流环节的准确定位和追踪，提高物流管理的效率和精确度。
三、UWB测距发展趋势随着无线通信技术的不断发展，UWB测距方案也在不断演进和创新，具有以下几个发展趋势：1. 高精度和远距离：UWB测距方案将追求更高的测距精度和更远的传输距离，以应对各种复杂环境和应用需求。
2. 低功耗和小型化：未来的UWB测距设备将越来越小型化，功耗更低，以满足移动设备和物联网终端的需求。
3. 多模式融合：与其他无线通信技术（如蓝牙、Wi-Fi）相结合，实现UWB与其他技术的协同工作，在不同应用场景下充分发挥各自的优势。
uwb标签
uwb标签UWB标签：从基础概念到应用技术摘要：超宽带(Ultra-Wideband, UWB)技术自问世以来得到了广泛的应用。
其中，UWB标签作为一种重要的应用形式，已经在物联网、室内定位等领域展现出了巨大的潜力。
本文将全面介绍UWB标签的基础概念、原理以及其在不同应用场景下的技术实现。
通过对已有文献和研究成果的综述，我们将为读者提供一个全面的了解，以及对未来发展的展望。
一、引言随着物联网和室内定位需求的不断增加，UWB技术日益引起人们的关注。
UWB技术通过在极短的时间内送出大量的低功率脉冲，实现了高速、高准确度的数据传输和定位。
而UWB标签作为UWB技术的一种重要应用形式，已经被广泛应用于无线数据传输、室内定位、物体追踪等领域。
二、UWB标签的基础概念1. UWB技术的基本原理UWB技术是一种利用超短脉冲信号进行通信和定位的技术。
其基本原理是通过在极短时间内发送低功率的脉冲信号，利用脉冲的时间延迟和到达时刻差异来实现数据传输和定位。
2. UWB标签的组成和工作原理UWB标签由UWB芯片、天线、电池和处理器等组成。
其工作原理是通过接收来自基站的UWB信号，解析信号中的数据信息，并将其传输到物联网网络中。
三、UWB标签在物联网中的应用1. UWB标签在智能家居中的应用UWB标签可以与智能家居设备连接，实现智能家居的远程控制和监控。
通过将UWB标签安装在家居设备上，可以实现智能家居设备的定位和追踪，提高智能化控制的便利性和精确性。
2. UWB标签在物流管理中的应用UWB标签可以用于物流管理中的货物追踪和仓库管理。
通过在货物上安装UWB标签，可以实时获得货物的位置信息，提高货物管理的效率和精确度。
3. UWB标签在室内定位中的应用UWB标签具备高精度的室内定位能力。
通过在室内布置多个UWB基站，可以实现对UWB标签的准确定位，用于室内导航、人员追踪和安防监控等方面。
四、UWB标签的技术实现1. UWB标签的硬件设计UWB标签的硬件设计包括UWB芯片的选择、天线设计和功耗管理等方面。
uwb技术原理
UWB技术原理详解1. 引言超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术是一种用于无线通信的调制和传输技术。
与传统的窄带通信技术相比，UWB技术具有更大的频谱带宽、更低的功率密度和更高的数据传输速率。
本文将详细解释UWB技术的基本原理。
2. UWB技术概述UWB技术是一种基于短脉冲的无线通信技术，其核心思想是通过在时间域上使用非常短且宽带的脉冲来传输信息。
这些脉冲通常持续时间仅为纳秒级别，但频谱却非常宽广，覆盖几个GHz甚至更多。
由于这种特殊的脉冲形式，UWB技术能够实现高速数据传输、高精度定位以及低功耗通信等应用。
3. UWB脉冲生成在UWB系统中，脉冲生成是实现高速数据传输和定位功能的关键步骤之一。
一般来说，UWB系统中使用两种方法来生成宽带脉冲：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，简称DSSS）和脉冲形状调制（Pulse Shape Modulation，简称PSM）。
3.1 直接序列扩频（DSSS）DSSS是一种将窄带信号扩展到宽带信号的技术。
在UWB系统中，DSSS通过将窄脉冲与一个高速伪随机码序列进行乘积运算来生成宽带脉冲。
这个伪随机码序列通常是一个具有良好相关性特性的码片序列，其周期远远小于脉冲持续时间。
具体而言，DSSS的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：将基带信号与伪随机码序列进行乘积运算。
- 步骤3：将乘积结果进行滤波处理，得到宽带脉冲。
3.2 脉冲形状调制（PSM）PSM是一种通过调制脉冲形状来实现宽带通信的方法。
在UWB系统中，PSM通过改变脉冲的幅度、宽度和相位等参数来实现信息传输。
常见的PSM技术包括正弦调制、高斯调制和Hermite-Gauss调制等。
具体而言，PSM的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：根据基带信号的特性，设计合适的脉冲形状函数。
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目录目录 (1)摘要 (3)Abstract (4)第1章概述 (6)1.1总述 (6)1.2 UWB基本原理 (6)1.2.1脉冲信号 (6)1.2.2UWB 调制技术 (7)1.3UWB技术特点 (8)1.4UWB发射机和接收机组成框图 (9)1.4.1UWB发射机组成框图 (9)1.4.2UWB接收机组成框图 (10)1.5UWB 技术的应用前景 (11)1.6结束语 (11)第2章MATLAB软件工具介绍 (13)2.1MATLAB语言的概述 (13)2.2MATLAB的历史 (13)2.3MATLAB语言的特点 (14)2.4MATLAB仿真 (15)第3章超宽带无线的调制技术 (17)3.1PPM-TH-UWB 调制方式 (17)3.1.1跳时超宽带信号的产生 (17)3.1.2PPM-TH-UWB的发射链路 (20)3.1.3PPM-TH-UWB 仿真结果及其分析 (20)3.2PAM-DS-UWB调制方式 (22)3.2.1直接序列超宽带信号的产生 (22)3.2.2PAM-DS-UWB发射链路 (24)3.2.3 PAM-DS-UWB仿真结果及其分析 (25)3.3 OFDM调制技术 (27)3.3.1概述 (27)3.3.2 多频段OFDM-UWB信号产生 (28)3.4.3 OFDM仿真结果及其分析 (28)3.4总结 (32)第4章性能分析及应用前景 (33)4.1 脉位调制(PPM)和脉幅调(PAM) (33)4.2OFDM调制 (33)4.3UWB的应用前景 (34)致谢 (35)参考文献 (36)摘要超宽带（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。
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AbstractUltra-Wideband wireless technology in radio communications, radar, tracking, precise positioning, imaging, arms control, with a wide range of prospects, is believed to be the next few years one of the Most popular technology for telecommunications. In 1990, The u.s. Department of Defense first defines the concept of ultra-wideband networking, ultra-wideband wireless communication begins to get the US Military and Government departments. In April 2002, The US FCC passed the UWB technology commercial license, ultra-wideband wireless communication in civilian areas are of common concern. At present, the definition of ultra-wideband "just for thee signal spectrum of relative bandwidth (or absolute bandwidth), no definition of the waveform. Therefore, there are several ways to produce ultra-wideband signal. Of these, the Most typical method is to use the nanosecond pulses of (also known as impulse) spectrum characteristics.UWB radio is a radio based on conventional sinusoidal carrier a break. For decades, wireless communications are based on sinusoidal carrier as information carriers, and ultra-wideband wireless communications zeyi narrow nanosecond pulses as information carriers. the signal generation, Modulation and demodulation, signal hiding, the system processing gain and so on, has unique advantages, in particular, to the dense multipathenvironment to achieve high-speed transmission. As the pulse duration is very short, Multipath components overlap in time domain is not easy, Multi-path high-resolution capabilities, advanced Multi-path Through separation or rake receiver, you can take full advantage of Multipath components.At present, The typical UWB Modulation to TH-PPM, TH-PAM,this article describes The UWB wireless communication modem technology, focused on the TH-PPM, TH-PAM, and the basic principles of comparative advantages and disadvantages of Modulation technology,performance, and dynamic simulation, from simulation figure in clearer of Modulation to obtain The correct conclusion, careful study of ultra-wideband wireless comunication Modem technology.Keywords: UWB Modulation PPM Modulation PAM Modulation OFDM Modulation第1章概述1.1 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。
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) 。
1.2 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;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。
1.2.1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。
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。