超宽带(UWB)无线传输技术培训
超宽带无线通信技术课件
信号使用7GHz带宽，当信噪比S/N低至-10dB时，
超宽带可以提供的信道容量为C=7G×log2 （1+0.1）≈ 0.963Gbps，接近1Gbps。
➢ 数据表明，超宽带的空间通信容量是现有的通信系 统（如：无线局域网、蓝牙等）的10-1000倍以上。
超宽带的特点
3、低成本，低功耗
➢ 脉冲超宽带是最早采用的一种传输方式，它不 需要载波，而是利用极短的脉冲传输信息，因 此，在发射端脉冲超宽带不需要功放和混频器， 接收端也不需要中频处理，大大降低了收发机 的硬件实现复杂性和成本。同时，为了避免对 现有通信系统的干扰，超宽带信号发射功率很 低，简单的收发设备以及低功率，使得脉冲超 宽带系统的功耗非常低，可以使用电池长时间 供电。
脉冲波形
➢ 高斯脉冲微分，升余弦、Herimite(厄密特)脉冲等。
高斯函数脉冲
高斯脉冲宽度 和频域带宽取 决于参数α, α的值越大， 高斯脉冲越宽， 相应的频域带 宽就越小
p(t)
1
2 2
e
t2 2
2
2 e
2
t
2
2
高斯脉冲二阶导
w2 (t)
4 2
e
2 t 2
2
1
4 t 2
2
高斯脉冲各阶导数
原始的发送信息。
（a）发射部分
在发射端，欲传输的基带信
号与一个码片速率很高的伪
随机码进行时域相乘，其输 d(t)
出为一个频谱带宽被扩展的
扩频码流，然后将此扩频码
流变换为射频信号发射出去。c(t)
在接收端，射频信号经过变
频后输出中频信号，它与本 d(t)*c(t)
地的伪随机码进行时域相乘，
《物联网工程实施与运维》课件——项目7 超宽带技术
技术的研究工作也主要局限于军方，直到20世纪90年代，“超宽带”这一术语由
美国国防部首先提出，并应用于超宽带通信、超宽带导航、超宽带雷达、超宽带微
波炸弹等。目前，它逐步转入民用阶段，并在无线电，音、视频和数据传输及家用
设备领域内得到迅速发展。
收端必须在知道发射端扩频码的条件下才能解调出发送的数据信息，因而提高了安
全特性。
5)
距离分辨率高
利用通信电波来回传输的时间长短，确定距离的计算公式为式7.3。
即传输的时间T=10^-9~10^12 s时，距离d的分辨率在厘米以内。
由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时
✓ 监视系统：1.99GHz～10.6GHz；
✓ 医疗系统、通信和测量系统：3.1GHz～10.6GHz；
✓ 车载雷达：22GHz～29GHz，另外，中心频率和最高辐射电平点的频率必须大
于24.075GHz。FCC对超宽带设备的功率辐射限制以EIRP指标给出。所谓EIRP，
即有效全向辐射功率，是一个天线的输入功率与某个指定方向天线增益的乘积相对
信号是一些超短时的脉冲，其频率很高，故发射器可直接用脉冲激励天线，且
不需要功放与混频器；同时在接收端也不需要中频处理，因此，必然会使发射
机和接收机的结构简单化。
2)
功耗低
信息论中关于信息容量的香农(Shannon)公式为式7.2。
式7.2中，C为信道容量(用传输速率度量)，B为信号频带宽度，S为信号功率，
衰落掉的能量只是信号总能量很小的一部分。
7)
频带利用率高及信道容量大
从时域看，超宽带通信是对超窄脉冲进行调制，脉冲波形有梯形波、钟形波、
超宽带技术
根据FCC Part15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1～10.6 GHz。
为保护现有系统（如GPRS、移动蜂窝系统、WLAN等）不被UWB系 统干扰，针对室内、室外不同应用，对UWB系统的辐射谱密度进行 了严格限制，规定UWB系统的最高辐射谱密度为−41.3 dBm/MHz.。 下图示出了FCC对室内、室外UWB系统的辐射功率谱密度限制。
下表列出 UWB 技术与其他短距离无线通信技术的比较。
蓝牙 IEEE 802.11b IEEE 802.11a IEEE 802.11g
UWB
传输速率/Mbps ≤1 11 54 54 ≥480
功耗/mW 1～100
200 40～800
65 ≤1
传输距离/m 100 100 20 50 ≤10
频段/GHz 2.402～2.48
它的另一奇妙之处是能够同时获得宽带高速、低成本和低功耗的好处， 这在传统无线技术中一直是只能折中取舍的两难问题。
8.1 UWB技术概述
8.1.1 UWB技术的产生与发展
超宽带技术最早可以追溯到100年前波波夫和马可尼发明的越洋无线电报 的时代。
现代意义上的超宽带无线电，又称为冲激无线电（Impulse Radio，IR） 技术期仅限于军事、灾害救 援搜索、雷达定位及测距等 领域。
80 年代开始，随着频带资源的紧张以及对高速通信的需求，超宽带技术 开始应用于无线通信领域。
超 宽 带 技 术 在 历 史 上 还 有 一 些 其 他 的 名 称 ， 如 冲 击 雷 达 （ Impulse Radar）、基带脉冲、无载波技术等
第8章 超宽带技术
本章章节
UWB
3.4.1 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（1）常用UWB基带窄脉冲波形
单周期高斯脉冲对应的时域和频域的数学模型 可以表示为：
v(t) 6 A e t exp[ 6 ( t )2 ]
3
v( f ) j 2 ft 2 e exp( f 2t 2 )
32 6
式中，A为脉冲的峰值幅度， 是一个时间延迟长度，
等于脉冲持续时间。
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术 （1）常用UWB基带窄脉冲波形
单周期高斯脉冲的时域波形和频域特性
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（1）常用UWB基带窄脉冲波形
1
-40
Magnitude (dBm)
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（2）UWB脉冲调制方式
UWB技术常用的脉冲调制方式包括脉位调制 （PPM）、脉幅调制（PAM）和二相调制 （BPSK）。
3.4.2 UWB无线通信技术原理
脉冲无线电技术
（2）UWB脉冲调制方式
脉位调制（PPM）：
通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对 于基准时间的位置来传递信息，它的优点就是 简单，但是需要比较精确的时间控制。
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。
3.4.1 UWB技术背景和概述
UWB技术背景
1989年，美国国防部首次使用超宽带UWB的名 称，规定相对带宽大于0.2或在传输的任何时 刻带宽大于500MHz的信号为超宽带信号。
新版超宽带(UWB)无线通信技术课件.ppt
参考文献
[1] J.D. Taylor. Introduction to Ultra Wideband Radar Systems[M]. Boca Raton: CRC, 1995. [2] FCC. FCC Notice of Proposed Rule Making, Revision of Part 15 of the Commission’s Rules
多径衰落的统计特性
图4 UWB信号的信道冲激响应曲线
精品课件
UWB无线室内信道特性
路径损失和阴影衰落特性
路径损失表示为：
PL(d )(dB)
C0
10 nΒιβλιοθήκη log10(4d
)
X
C0是参考距离的路径损失， 是信号中心频率对应的波
长，d是收发天线间的距离，X表示阴影衰落。
图3 一种频谱利用率高的UWB窄脉冲的时域波形和频域波形
精品课件
UWB通信的信号形式
调制载波形式
调制载波形式通过调制载波, 将UWB信号搬移到合 适的频段进行传输, 从而可更加灵活、有效地利用 频谱源。
调制载波系统的信号处理方法与一般通信系统采用 的方法类似, 技术成熟度高, 在目前的工艺条件下, 比基带窄脉冲形式更容易实现高速系统。
述了每簇中电波(rays)的到达。
簇到达的时间分布：
p(Tl | Tl1) exp[(Tl Tl1)], l 0
簇中路径到达的时间分布：
p( k,l | (k1),l ) exp[( k,l (k1),l )], k 0
信道冲激响应模型：
/papers/MultiBand_OFDM_Physical_Layer_Proposal_for_IEEE_80 2.15.3a_Sept_04.pdf[DB/OL]. 2004-9-14. [5] R.Roberts. XtremeSpectrum CFP document. /groups/802/15/pub/2003/ Mar03/03154r0P802-15_TG3aXtremeSpectrum-CFP-Document.pdf[DB/OL]. 2003-3. [6] J.R.Foerster, A.Molisch. A Channel Model for Ultrawideband Indoor Communication[DB/OL]. /reports/docs/TR2003-73.pdf[DB/OL]. 2004-7-2 [7] J.Kunisch, J.Pamp. Measurement Results and Modeling Aspects for the UWB Radio Channel[A]. UWBST(C). Baltimore:IEEE, 2002. 19–24. [8] R.J.M.Cramer, R.A.Scholtz, M.Z.Win. Evaluation of an Ultrawide-band Propagation Channel[J]. IEEE Trans on Antennas Propagation, 2002, 50(5):561-570. [9] D.Cassioli, M.Z.Win, A.R.Molisch. A Statistical Model for the UWB Indoor Channel[A]. Vehicular Technology Conference[C]. Israel:IEEE, 2001. 1159–1163. [10] L.Rusch, C.Prettie, D.Cheung, Q.Li, M.Ho. Characterization of UWB Propagation from 2 to 8 GHz in a Residential Environment[DB/OL]. /technology/ultrawideband/pres_tech.htm. 2004-2-20. [11] Sumit Roy, Jeff R.Foerster, V.Srinivasa Somayazulu, Dave G.Leeper. Ultrawideband Radio Desigan:the Promise of High-speed, Short-range Wireless Connectivity[J]. Proceedings of the IEEE, 2004,92(2),:295-311.
超宽带(UWB)无线通信技术详解
超宽带（UWB）无线通信技术详解作者：王德强李长青乐光新近年来，超宽带(UWB)无线通信成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。
许多世界著名的大公司、研究机构、标准化组织都积极投入到超宽带无线通信技术的研究、开发和标准化工作之中。
为了使读者对UWB技术有所了解，本讲座将分3期对UWB 技术进行介绍：第1期讲述UWB的产生与发展、技术特点、信号成形及调制与多址技术，第2期对UWB信道、系统方案及接收机关键技术进行介绍，第3期介绍UWB的应用前景及标准化情况。
1 UWB的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。
1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz 或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。
此后，超宽带这个术语才被沿用下来。
其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。
图1给出了带宽计算示意图。
可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。
为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。
美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。
2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。
根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。
根据FCCPart15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～10.6 GHz。
为保护现有系统(如GPRS、移动蜂窝系统、WLAN等)不被UWB系统干扰，针对室内、室外不同应用，对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定UWB系统的最高辐射谱密度为-41.3 dBm/MHz.。
uwb超宽带无线通信技术(高精度定位)
UWB(定位技术)超宽带无线通信技术一、UWB调制技术超宽带无线通信技术（UWB）是一种无载波通信技术，UWB不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。
它源于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术。
传统通信方式使用的是连续波信号，即本地振荡器产生连续的高频载波，需要传送信息通过例如调幅，调频等方式加载于载波之上，通过天线进行发送。
现在的无线广播，4G通信，WIFI等都是采用该方式进行无线通信。
下图是一个使用调幅方式传递语音信号的的连续波信号产生示意图。
图1 连续波调幅信号而脉冲超宽带IR-UWB(Impluse Radio Ultra Wideband)信号，不需要产生连续的高频载波，仅仅需要产生一个时间短至nS级以下的脉冲，便可通过天线进行发送。
需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度，时间，相位进行加载，进而实现信息传输。
下图是使用相位调制方式传输二进制归零码的IR-UWB信号产生示意图。
图2 IR-UWB调相信号从频域上看，连续波信号将能量集中于一个窄频率内，而UWB信号带宽很大，同时在每个频点上功率很低，如图3所示。
图3 IR-UWB信号频谱在无线定位中，使用IR-UWB信号相对于窄带信号的主要优势为，IR-UWB信号能准确分立无线传输中的首达信号和多径反射信号，而窄带信号不具备该能力。
主要有三种应用：成像、通信与测量和车载雷达系统，再宏观一点，可以分为定位、通信和成像三种场景。
·通信：因为大带宽，所以UWB一度被认为是USB数据传输的无线替代方案，蓝牙的问题是传输速度太慢。
UWB还常用于军用保密通信，这主要也是因为UWB脉冲的能量很低，很容易低于噪声门限，不容易被其它无线电系统监听到。
UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能实现数百Mbit/s至2Gbit/s 的数据传输速率。
而且具有穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、空间容量大、能精确定位等诸多优点，可以说是个超级“潜力股”，很有可能在将来成为家庭主用的无线传输技术。
最新-集崭新的超宽带(UWB)无线通信技术 精品
集崭新的超宽带(UWB)无线通信技术摘要从超宽带技术进行了介绍和分析，并对其调制方式和近期提出的新型高效脉形调制做出了初步的理论探讨。
关键词超宽带脉形调制正交改进型脉冲超宽带作为一种新型的无线通信技术与传统的通信方式相比有着很大的区别。
由于它不需使用载波电路，而是通过发送纳秒级脉冲传输数据，因此该技术具有发射和接收电路简单、功耗低、对现存通信系统影响小、传输速率高的优点，此外它还具有多径分辨能力强、穿透力强、隐蔽性好、系统容量大、定位精度高等优势。
根据的规定，从31～106之间的75带宽频率都将作为通信设备所使用。
但出于对现存无线系统影响的考虑，的发射功率被限制在1以下。
是一种可以为无线局域网、个人域网的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。
它解决了困扰传统无线技术多年的重大难题，开发了一个具有对信道衰落特性不敏感、发射信号功率普密度低、不易被截获、复杂度不高等众多优点的传输技术。
该技术尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
图11基本概念超宽带又被称为脉冲无线电,具体定义为相对带宽信号带宽与中心频率的比大于25的信号，即==-[+2]>251或者是带宽超过15。
实际上信号是一种持续时间极短、带宽很宽的短时脉冲。
它的主要形式是超短基带脉冲，宽度一般在01～20，脉冲间隔为2～5000，精度可控，频谱为50～10，频带大于100中心频率，典型点空比为01。
传统的系统使用一种被称为单周期脉形的脉冲。
一般情况下，通过随道二极管或者水银开关产生。
在计算机仿真中用高斯脉冲来近似代替它。
由于天线对脉冲的影响不同，所以可以假设发送脉冲为而接收端收到的信号为是脉冲的时移，2为脉冲的宽度。
图1给出了发射脉冲和接收脉冲的时域脉形。
2的性能特点超宽带有别于其它现存的一些通信技术，其最根本的区别在于无需载波，大大降低了发射和接收设备的复杂性，从根本上降低了通信的成本。
的优点可以归纳为以下八个方面1无需载波，发送和接收设备简单。
超宽带(UWB)技术
一、UWB技术简介UWB技术是一种与其它技术有很大不同的无线通信技术，它将会为无线局域网LAN和个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。
超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它开发了一个具有对信道衰落不敏感;发射信号功率谱密度低，有低截获能力，系统复杂度低，能提供数厘米的定位精度等优点。
UWB尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
虽然超宽带的描述并不详细，它确实有助于将这项技术与传统的“窄带”系统分隔开，或者是更新的主要是指文献中描述的未来3G蜂窝技术的“宽带”系统。
关于超宽带和其它的“窄带”或者是“宽带”主要有两方面的区别。
一是超宽带的带宽，在美国联邦通信委员会(FCC)所定义比中心频率高25%或者是大于1.5G赫兹。
很清楚，这一带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。
二是，超宽带典型的用于无载波应用方式。
传统的“窄带”和“宽带”都是采用无线电频率(RF)载波来传送信号，频率范围从基带到系统被允许使用的实际载波频率。
相反的，超宽带的实现方式是能够直接的调制一个大的激增和下降时间的“脉冲”，这样所产生的波形占据了几个GHz的带宽。
UWB无线通信技术与现有的无线通信技术有着本质的区别。
当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，形象地说，这种电波就像是一个人拿着水管浇灌草坪时，水管中的水随着人手的上下移动形成的连续的水流波动。
几乎所有的无线通信包括移动电话、无线局域网的通信都是这样的:用某种调制方式将信号加载在连续的电波上。
与此相比，UWB无线通信技术就像是一个人用旋转的喷洒器来浇灌草坪一样，它可以喷射出更多、更快的短促水流脉冲。
UWB产品在工作时可以发送出大量的非常短、非常快的能量脉冲。
这些脉冲都是经过精确计时的，每个只有几个毫微秒长，脉冲可以覆盖非常广泛的区域。
脉冲的发送时间是根据一种复杂的编码而改变的，脉冲本身可以代表数字通信中的0，也可以代表1。
超宽带(UWB)无线通信技术详解
超宽带（UWB）无线通信技术详解作者：王德强李长青乐光新近年来，超宽带(UWB)无线通信成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。
许多世界著名的大公司、研究机构、标准化组织都积极投入到超宽带无线通信技术的研究、开发和标准化工作之中。
为了使读者对UWB技术有所了解，本讲座将分3期对UWB技术进行介绍：第1期讲述UWB的产生与发展、技术特点、信号成形及调制与多址技术，第2期对UWB信道、系统方案及接收机关键技术进行介绍，第3期介绍UWB的应用前景及标准化情况。
1 UWB的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。
1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。
此后，超宽带这个术语才被沿用下来。
其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。
图1给出了带宽计算示意图。
可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。
为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。
美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。
2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。
根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。
根据FCCPart15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～10.6 GHz。
为保护现有系统(如GPRS、移动蜂窝系统、WLAN等)不被UWB系统干扰，针对室内、室外不同应用，对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定UWB系统的最高辐射谱密度为-41.3 dBm/MHz.。
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虽然 UWB在短距离的无线通信领域有巨大的发展前景， 但目前国际上尚未确立统一的UWB商用体制标准，具体 表现在： 1）缺少确保UWB和其它系统共存的明确规定。 由于 UWB发射的宽带特性，它必然和同一频带内的其它 窄带系统发生互相干扰。影响UWB对其它系统影响的因 素很多，如：发射 功率 ， 设备间 的 隔 离，信 道 传 播 特性 ， 调 制技术，发射 功率 、 脉冲重复 频 率等 ，制定 合理 的 UWB技术规范必须综合考虑这些问题。
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OFDM-UWB优点：将频带分成带宽大于500M的子带， 在子带上进行信息处理，简化了接收机的数字复杂度， 减小功耗，降低成本，提高了频谱的灵活性，有助于在 全球范围内建立相关标准。 缺点：发射机的结构比较复杂（多了IFFT，DAC），易 造成较高的峰值与均值比（PAR），易于产生对其它系 统的干扰，如果单纯地降低发射功率，又会减小传输距 离。 支 持 者 ： Texas instruments, Intel, Panasonic, Philips, Samsung, Sony, Time domain等40家著名IT企业及部分研 究机构。
ADC
DC-500MHz
500MHz
6bits
Modulator/demodulator
250MHz
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三、UWB无线传输的关键技术介绍
对 UWB 技术的 研究 主 要 围绕 以 下几方面 展 开 ： 可 控 窄 脉 冲产生技术、传播特性与信道模型、调制技术、多址技术、 信号检测技术等。
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基于多载波的UWB无线发射接收机结构和标准的无 线发射接收机结构类似，如图3所示。
图3 基于多载波的UWB无线 发射接收机结构
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其中，reference PLL 为发射接收机提供发射、接收参考 信号；发射信号经过多载波调制（IFFT）和DAC后发射 出去，在接收端进行低噪放大，相关运算，AD转换后再 解调（FFT）。 UWB发射接收机的参数如下表所示：
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2）尚未形成成熟的有UWB信号支撑的物理层、网络层 协议。 成熟的物理层、网络层标准需要接收技术、同步技术、 信道编码技术、调制技术、物理层及网络层的优化策略 等多项成熟技术的联合支撑。从前述国际上的研究进展 可以看出，针对未来无线局域网、个域网的UWB系统的 上述关键技术研究才刚刚开始，UWB技术的成熟化、商 用化仍面临许多挑战。
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适合UWB技术的实际应用方案主要包括： Ø高速无线个域网； Ø无线以太接口链路； Ø智能无线局域网； Ø户外对等网络； Ø传感、定位和识别网络
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ØUWB无线技术基于共用频段的思想，将打破短距离无 线通信频率资源供不应求及不兼容的现状，为目前存在 的频谱管理和无线系统工程中存在的诸多问题提供有效 的解决方案； ØUWB技术能为无线局域网和个域网的接入技术提供低 功耗、高带宽且易于实现的底层技术支撑，实现 WLANs，WANs，WPANs和WBANs的互联，便携设备 和固定设备、个人电脑和娱乐设备的互联的空中接口， 建立可兼容的全IP网络； ØUWB系统能在短距离内支持高达400Mb/s的信息传输 输率，并可通过减小传输速率来增加传输距离，实现精 确的定位跟踪；
V ( f ) = − j × f × tau 2 × e − f
tau
−(
t 2 ) tau
（2）
单 循环 脉冲的 中心 频率 是脉冲宽度的 倒 数 ，带宽是 中 心 频 率 的 116 ％。因此，对于如图 3 所示 的宽度为 0.5ns 的脉冲信号 ， 中心 频率 为 2GHz, 带宽大约是2GHz。
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1）可控窄脉冲产生技术 UWB系统的性能在很大程度上依赖于脉冲信号功率谱密 度的平坦性和功率谱覆盖范围。而功率谱的形状又取决于 脉冲信号的形状。因此，脉冲信号的设计和产生显得尤为 重 要 。 当 信 号 频 率接 近 于 零 时 ， 天 线的发射 效 率 大大 下 降，因此脉冲信号在接近零频段的信号能量应该很小。这 就要求脉冲的形状具有正负对称性，如正弦波和高斯脉冲 的倒数。这些脉冲信号的宽度为几纳秒，产生的带宽则高 达几GHz。
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2002年，美国联邦通信委员会（FCC）通过了将超宽带无 线通信用于民用的最终规定，加速了UWB技术的民用化 进程。国际上的许多权威机构和著名IT企业都在投以大量 的人力、物力从事相关的理论研究和产品开发，如：Intel、 Philips、IBM、Motorola、Sony、Time Domain等公司都已 率先涉足该领域，足以说明该技术的商用潜力和竞争压力。
超宽带技术又被称为脉冲无线发射技术，根据美 国联邦通信委员会（ FCC ）的定义，是指在 3.1G10.6G 频段内占用 10dB 带宽大于 500MHz 的无线发 射 方 案 。 该 技 术 曾 被 广 泛应 用 于雷 达 和 遥感 领 域 ，作为 商 用无线通信技术目 前正受到越来越多 的关注。
超宽带（UWB）无线传输技术
一、UWB技术的应用及发展现状 二、UWB无线传输系统的基本模型 三、UWB关键技术 四、UWB规范和标准问题 五、自然科学基金研究内容 六、欧盟合作申请项目
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一、UWB的应用及发展现状
0.5
0.6
0.7
0.8
2 2.5 3 frequency(GHz)
3.5
4
4.5
5
图 4 2GHz中心频率高斯脉冲单循环脉冲的时域图和功率谱图
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2）信道传播特性和信道模型 传播特性与信道模型是研究UWB系统的重要基础。Intel、 Time Domain、IBM等公司对UWB信道模型做了大量的研 究， 如：窄 脉冲发射的 链路 模型 ； UWB 室 内、 室外 传播 损 耗 的 经验 公 式 ； 小 范 围 多径 幅 度衰落 分 布 的统 计 模型 （当路径数增多时，该模型将收敛到传统的瑞利分布和莱 斯分布）；路径损失、传播距离、接收功率、时延扩展的 均 方根 之间 的关系 ； 信 道 的 到 达 时 间 和 到 达 角 的统 计 特 性；统计分析时域参数（包括：衰变因子、功率方差和衰 变时间）、频域参数（包括：频率范围、频率衰变因子） 和路径损失指数对信道模型的影响；
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UWB信号的宽频带、低功率谱密度的特性，决定了 UWB无线传输技术的以下优势： Ø易于与现有的窄带系统，如全球定位系统（GPS）、 蜂窝通信系统、地面电视等共用频段，大大提高了 频谱利用率； Ø易于实现多用户的短距离高速数据通信； Ø对多径衰落具有鲁棒性。
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二、UWB无线传输系统的基本模型
图 1 UWB系统的一般模型
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基于单脉冲发射的UWB系统的基本模型如图1 所示。和传统的无线发射、接收机结构相比，UWB的发 射、接收机结构相对简单，这为技术的实现带来很多好 处。UWB的发射、接收机结构如图2所示，
图2
UWB发射、接收机框图
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因为脉冲产生器只需产生大约100mv的电压就能满足发射 要求，因此发射端不需要功率发大器，。在接收端，天线 收集的信号先通过低噪放大器，再通过一个匹配滤波器或 相 关接收机 恢 复出期望 信 号 。由于 UWB信 号 的发射未经 载波 调 制， UWB的 接收 端不再 需要 参考 振荡 器 ， 锁 相 环 同步器，压控振荡器及混频器。
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目 前 ，在国 际上 占 主 要地位 的 UWB 设 计 方案 主 要 包括 直 接 序 列 CDMA-UWB 方 案 和 多 载 波 OFDM-UWB 方 案 。 CDMA-UWB是基于脉冲的UWB方案，发射信号占用整个 1.7GHz的频段；OFDM-UWB是基于多载波的UWB方案， 采用OFDM技术传输子带信息。
item Frequencies of operation Switch/sample rate Dyn range LNA and correlator 3.1-7.1GHz 30dB
Reference PLL
3.35,3.85,4.35,4.85,5.35,5.8 5,6.35,6.85
250MHz
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CDMA-UWB 优点： 技术 比较 成 熟 ， 已 开 发 出第 二 代芯 片，发射机的机构比较简单，能传输高速率、高QoS的多 媒体业务，易于实现多用户通信，能够进行高精度定位和 跟踪，能有效抵抗多径衰落。 缺 点 ： 构 建 RF 与 模 拟 电 路 以 及 高 速 A/D 转 换 器 以 处 理 UWB 信 号 是一 个 极 具 挑战 性 的问题， 此 外 ，为 了 捕获足 够的多通道能量满足110Mbps系统的10米范围要求，则需 要一个相当复杂的系统（至少16个RAKE抽头的接收机） 。 支持者： Xtremespctrum ， mortorala ， Xtremespctrum 曾 开 发过UWB军用系统，首次论证商用UWB芯片集能在10米 范围内支持高达100Mbit/s的传输速率。