5、无线接入技术—UWB技术
uwb基本原理
uwb基本原理UWB基本原理什么是UWB技术？UWB（Ultra-Wideband）技术是一种无线通信技术，它使用超宽频带信号来进行短距离高速数据传输和精确定位。
UWB技术的特点是传输速率高、能耗低、抗干扰性强。
UWB的基本原理UWB技术的基本原理可以概括为以下几点：•宽带信号：UWB系统使用的信号具有超宽的频带，频带可以达到几百兆赫兹甚至更宽。
这种宽带信号可以提供大量的频谱资源，使得UWB系统能够在不同的频段中同时传输多个信号。
•短时域脉冲：UWB系统使用短时域脉冲信号作为基本信号单元。
这些脉冲信号非常短暂，持续时间通常在纳秒级别。
由于信号短暂，能量分布广泛，形成了宽带的频谱。
•低功率密度：UWB系统的信号功率密度非常低，远远低于其他通信技术。
这是因为UWB系统的短时域脉冲信号能量非常集中，相当于把有限的能量压缩在短暂的时间内传输。
低功率密度使得UWB系统对人体健康和电磁干扰的影响较小。
•多径传播：在室内环境中，UWB信号会经历多次反射、散射和绕射等，从而在接收端形成多个不同路径的信号。
这种多径传播现象对UWB系统来说是一种挑战，但也为定位和通信提供了更多的可能性。
UWB技术应用UWB技术可以应用于许多领域，包括室内定位、智能交通、物联网、医疗健康等。
以下是几个典型的应用场景：•室内定位：UWB技术在室内定位领域具有重要应用。
通过测量UWB信号的到达时间和多径传播等参数，可以实现非常精确的室内定位，精度可达几厘米。
•智能交通：UWB技术可以应用于智能交通领域，实现车辆之间的高精度定位和通信。
这可以提高行车安全性，并为自动驾驶技术提供支持。
•物联网：UWB技术可以用于物联网的短距离通信，实现设备之间的快速数据传输和互联互通。
例如，可以将UWB技术应用于智能家居领域，实现各种智能设备之间的无缝连接。
•医疗健康：UWB技术在医疗健康领域也有广泛应用。
例如，可以用于监测心率、呼吸等生理信号，并将数据传输给医疗设备进行分析和处理。
UWB超宽带
UWB超宽带什么是UWB超宽带？UWB（Ultra-WideBand）超宽带是一种通过在超宽频带范围内传输数据的无线通信技术。
它基于短脉冲信号，能够在极短的时间内传输大量数据。
UWB超宽带技术在无线通信领域具有广泛应用，包括室内定位、物体追踪、雷达和无线传感器网络等。
UWB超宽带的特点1.宽频带范围： UWB超宽带技术的一项主要特点是其宽频带范围。
通常，UWB的频带范围从几百兆赫兹（MHz）到几千兆赫兹（GHz），因此能够支持高速数据传输和较长的传输距离。
2.低功率： UWB超宽带技术在传输数据时使用低功率，这使得它可以在不干扰其他无线设备的情况下工作。
3.高精度定位： UWB超宽带技术可以实现高精度的室内定位。
由于UWB信号能够穿透墙壁和障碍物，因此可以在室内环境中实现准确的物体定位。
4.抗多径干扰：多径干扰是指由于信号在传播过程中碰撞、反射和折射等原因导致信号传输路径的多样性。
UWB超宽带技术通过使用信号的多径特性来抵消多径干扰，提高信号传输的可靠性。
UWB超宽带的应用1. 室内定位UWB超宽带技术在室内定位方面具有特殊优势。
通过将UWB设备部署在建筑物内部，可以实现对人员和物体的高精度定位。
这在商场、医院和仓库等场所可以提供实时的位置信息，便于管理和安全监控。
2. 物体追踪利用UWB超宽带技术，可以实现对物体的追踪。
通过将UWB标签附着在物体上，可以准确追踪其位置和运动轨迹。
这在物流管理、仓库管理和供应链领域具有广泛应用。
3. 雷达应用UWB超宽带技术在雷达领域也得到了广泛应用。
与传统雷达相比，UWB雷达具有更高的分辨率和更好的目标检测能力。
它可以在不同的天气和环境条件下提供高质量的目标识别和跟踪。
4. 无线传感器网络UWB超宽带技术在无线传感器网络中起到重要作用。
通过使用UWB传感器，可以实现对环境参数（如温度、湿度和压力等）进行高精度和实时的测量。
这在工业自动化、环境监测和智能家居等领域有着广泛的应用前景。
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。
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。
无线UWB三种定位算法的区别
室内定位：UWB技术适用于室内定位场景，如商场、医院、博物馆 等，可以帮助人们快速找到所需物品或目标。
02
智能家居：UWB技术可以用于智能家居中，实现家庭设备的无线连 接和智能控制。
03
物联网：UWB技术可以作为物联网中设备间通信的一种方式，实现 高速、低功耗的数据传输。
04
无线UWB三种定位算法的区别
TOA 算法
AOA 算法
需要精确的时间同步，实施难度较大 。
需要配置天线阵列，实施难度较大， 但对硬件要求不高。
TDOA 算法
实施难度适中，对硬件要求相对较低 。
04
无线UWB定位算法的未来发展
技术改进方向
01
02
03
精度提升
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抗干扰能力
低功耗设计
通过改进信号处理技术和算法优 化，提高UWB定位的精度和稳定 性。
03
三种定位算法的比较
定位精度比较
TOA (Time of Arrival) 算法
基于信号到达时间进行定位，精度较高，但需要精确的时间同步。
TDOA (Time Difference of A…
通过比较信号到达时间差进行定位，对时间同步要求较低，但定位精度受限于信号传播 速度。
AOA (Angle of Arrival) 算法
详细描述：FDOA算法通过比较不同 接收器之间的信号频率差异来计算目 标位置。它利用信号的多径传播特性 ，通过比较不同路径上的频率偏移来 确定目标位置。
这三种定位算法各有优缺点，适用于 不同的应用场景。TOA算法精度高， 但需要高精度的时间测量设备； TDOA算法对设备要求较低，但计算 复杂度较高；FDOA算法利用多径传 播特性，适用于复杂环境下的定位， 但精度易受多径效应影响。在实际应 用中，可以根据具体需求选择合适的 定位算法。
(完整版)uwb概述
UWB定位算法：
1、临近检测（与天线有关，根据天线强度） 2、信号强度分析（接收信号的强度与发射机和接收机距离之间的关系） 3、到达时间定位 4、到达时间差定位 5、到达角度。 已有算法分析： 1、基于TOA的定位系统方案 2、泰勒级数展开法 3、MES（最大能量输出）算法 4、用锁相环来估计IR—UWB信号的到达时间 5、超宽带通信系统加权移动三角形到达时间精确定位算法
超宽带无线电基础
一、概论 二、研究现状 三、定位算法研究
1
一、概论
1960年UWB 技术最初作为军用雷达技术开发的，早期主要用于雷达技术。 直到2002年2月，FCC批准了UWB技术用于民用。 FCC对 UWB设备的最初定义是：一种发射信号的相对带宽大于O.2，或者
传输时带宽至少为500MHz的设备。相对带宽定义为2(fH—fL)／(fH十fL)， 其中fH和fL分别为-10dB时的上界频率和下界频率。规定其UWB频段3.1 到10.6Ghz
6
TR传输参考接收机（ＴＲ和改进ＴＲ）ＴＲ优点接收端本地模板信号从含噪声的接s 收信号中提取，降低了接收端对同步的要求，接收机结构简单，缺点是利用含噪声的 模板，会降低接受检测的性能，数据传输速率只有５０％，功率也有一半消耗在发射 参考信号上。
7
2、发射机：主要是建立发射模型，发射电路实现，超宽带发射芯片 系统主要由电源、MSP430F123单片机、超宽带发射芯片TH-UWB02、简单 的滤波整形电路组成。
9
发射机最新研究成果：针对超宽带标签信号的发射, 提出采用基于竞争冒险 原理的ECL 与门来产生窄脉冲的方法。
10
UWB定位系统现有模型
11
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
测量时一个基站向目标站发射ＵＷＢ脉冲，目标站接收判断后发送回 执信号，其他基站重复此过程。各个基站计算出到每个基站到达目标站的 往返时间，这个往返时间的一半就是定位算法中需要的ＴＯＡ测量值。该 定位方案不需要基站之间的同步，但需要点对点的传输 ，因此需要较高的复杂性，较高的功耗和较长的处理时延。因此提出改进 方法：由一个目标站Ａ，３个服务站Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３（其中Ｂ１为主服 务站），１个中央处理站组成（ＰＵ）。Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３固定在已知位 置上。ＰＵ发送ＵＷＢ脉冲给Ｂ１，然后Ｂ１把ＵＷＢ脉冲分别传给Ａ， Ｂ２，Ｂ３；Ａ接收到ＵＷＢ脉冲后经过Ｔ时刻后分别传送给Ｂ１，Ｂ２， Ｂ３。最后Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３分别做ＴＯＡ测量，把测得的数据给ＰＵ。
什么是UWB
什么是UWB技术?作者：佚名文章来源：本站原创点击数：250 更新时间：2009-12-24超宽带(UWB)技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，利用频谱极宽的超短脉冲进行通信，又称为基带通信、无载波通信，主要用于军用雷达、定位和通信系统中。
UWB技术是一种新颖的无线通信方式，具有传输速率高(达l Gbit/s)、抗多径能力强、穿透能力强、功耗低、成本低、低截获概率、系统复杂度低、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点，作为短距离超宽带无线数据传输方式受到人们的普遍关注，已经成为无线个域网(WPAN)的首选技术。
UWB的特点在于不使用载波，而只在需要时发送出脉冲电波，因而大大减少了耗电量。
由于这种脉冲电波的宽度控制在1ns以下，需要占用很宽的频带，使之实现几百兆到1Gbit/s以上速率的通信成为可能。
UWB具有传统无线通信系统无法比拟的技术特点。
(1)系统结构的实现比较简单。
UWB不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。
在发射端，UWB发射器直接用脉冲激励天线，可采用非常低廉的宽带发射器：在接收端，UWB接收机不需要中频处理。
因此，UWB系统结构的实现比较简单。
(2)高速的数据传输。
UWB以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。
一般要求UWB信号的传输兰围在10m以内，其传输速率可达500Mbit／s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。
(3)功耗低。
UWB系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0．2～1．5 ns之间，有很低的占空因数，因此系统功耗很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦至几毫瓦。
(4)安全性高。
由于UWB把信号能量弥散在极宽的频带范围内，其信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，有用信息完全淹没在噪声中，而采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，被截获的概率和被检测的概率很低。
UWB通信技术简介
外，一些标准化和规范化的工作也有待继续完成。FCC 将在今后继续探讨 UWB 的完善技术，随 着探讨的深入，有可能还会进一步放宽标准值方面的限制。随着这些标准和规定的出台，用极 低的发送功率实现超过 100Mbit/s 的高速无线数据通信，这种曾经遥不可及的技术很快便要走进 每个普通人的生活。
b.UWB 收发信机结构 图 1.收发信机结构比较
表 1.超宽带（UWB）系统与窄带系统的对比 超宽带 UWB 窄带
小尺寸并具有一定增益和超宽频带的天 小尺寸、高 Q、高增益的天线容易实现 天线 线设计：低阻抗和良好的宽带匹配较难 50Ω 阻抗易于匹配 实现，需要对天线和前端综合设计 RF 前端 超宽带 LNA 功耗大且难以实现宽带匹 天线和前端可独立设计 窄带 LNA 容易实现阻抗匹配。对于非恒
C = B?log2(1+S/N) [bits/s] 可以知道，在加性高斯白噪声条件下，近距离通信时 UWB 的理论最大通信容量仍远高于现 有的窄带系统。这是因为通信容量 C 随着带宽 B（Hz）的增加线性增长，而随信噪比呈对数增
常州唐恩软件科技有限公司
DONN Technology (Changzhou) Co., Ltd.
常州唐恩软件科技有限公司
DONN Technology (Changzhou) Co., Ltd.
UWB 通信技术简介 UWB(Ultra Wide Band)即超宽带通信，它使用大于 0.5GHz 或大于中心频率 20%的带宽、通 过微弱的脉冲信号进行通信，最大数据传输速度可以达到几十 Mbit/s～几百 Mbit/s。UWB 与现 有的无线技术的显著不同是不需要使用载波，而是通过发送纳秒级脉冲来传输数据，而且信号 传输时的功耗仅有几十 μW 。UWB 在保证了高数据速率传输的同时解决了移动终端的功耗问 题。因此它被认为是对目前被炒得沸沸扬扬的无线互联（Wi-Fi）技术最具威胁的技术。 UWB 简介 UWB 技术多年来一直是美国军方使用的作战技术之一，如它可以实现穿墙视物等功能。但 这项技术在通信领域所具有的无限商机使美国 XtreamSpectrum、Multispectral Solutions 等公司一 直期望将其应用于民用。由于 UWB 发射的宽带特性，可能对其他已申请的使用频段造成干扰， 为了满足市场对频谱利用率的 UWB 技术需要的同时，保证它对目前用户已经申请的频段不会造 成干扰。美国联邦通信委员会(FCC)使用了三年半以上的时间一直在与美国商务部以及美国商务 部电气通信信息局探讨 UWB 的安全性与干扰问题，尤其是是否对全球定位系统 GPS 存在安全 隐患。 1998 年 9 月，FCC 第一次发出征询通知(NOI)，要求工业界对发射功率严格受限时在非授权 频段使用 UWB 技术提出反馈意见。FCC 第 15 条款规定了在非授权频段对无线电设备发射功率 的限制，具体如下：FCC Part15.209 规定对频率高于 960MHz，在 1MHz 带宽内，测量距离 3m， 发射功率在 500μW/m 内，相应的发射功率谱密度限制在－41.3dBm/MHz 以下。自第一次发出征 询通知后，美国 NTLA（National Telecommunications and Information Administraton）等通信团体 对此大约提交了 800 多份意见书。显示了业界对 UWB 技术的浓厚兴趣。 2002 年 2 月 14 日，FCC 通过了一项认可 UWB 用于民用用途的最终规定。FCC 此次做出规 定的 3 个用途分别是： （1） Imaging Systems 地质勘探及可穿透障碍物的传感器等） （2） （ 、 Vehicle Rader Systems（汽车防冲撞传感器等）、（3）Communications and Measurement Systems（家电 设备及便携终端之间的无线数据通信等）。 2000 年 5 月，FCC 完成了规格修正提案书(即 NPRM)。此次，为了尽量减小与 GPS 使用的 1.5GHz 频带的干扰，与这一频带的放射噪音的规定值“FCC Part15”(－41.3dBm)相比，FCC 将输 出功率限制到了还要再低 34dBm 的数值上。对于这一限制，FCC 委员 Michael J. Copps 解释说： “UWB 还是一项新技术，现在很多地方还不清楚会发现什么样的问题。因此规定了这样一个非 常保守的标准位。” 虽然 FCC 将 UWB 的辐射功率规定的非常低，严格 的滤波以保证其带外辐射特性 需要 AGC,混频器, RF oscillator, PLL 窄带 A/D 转换器容易实现，一般只需要 2 倍数据速率
uwb技术的应用领域
uwb技术的应用领域UWB技术（Ultra-Wideband）主要指用于无线通信的一种无线电技术。
它是一种通过瞬时调频来产生短脉冲的无线电技术，这些脉冲的宽度非常短，只有数纳秒。
UWB技术广泛应用于传感、定位、通信、雷达等领域。
下面将分别介绍UWB技术在不同应用领域的应用情况。
1.传感领域在传感领域，UWB技术主要应用于测距和物体识别。
其中，UWB测距利用UWB超短脉冲传输，通过测距时隙数计算距离。
UWB测距技术最大的优点是测量精度高，目前可达到10cm级别。
UWB物体识别则利用UWB信号的频谱特性，通过分析多径传播信号，识别并区分不同对象的属性。
UWB物体识别技术可广泛应用于智能交通、智能安防等领域。
2.定位领域UWB技术在定位领域的应用主要有室内定位、智能交通及智能物流定位等。
UWB室内定位利用UWB超短脉冲特性，通过测距原理计算出根据基站定位标签，然后确定标签位置，实现室内定位。
室内定位目前是UWB技术应用的主要领域，可广泛运用于室内导航、智能交通、智能安防等领域。
UWB智能交通定位则利用UWB进行车辆/行人定位，实现精准的交通管制、调度和预警；UWB智能物流则利用UWB进行物品位置的精确定位，实现物品流程的精益化管理。
3.通信领域UWB技术在通信领域主要应用于宽带数据传输和室内移动通信。
UWB通信是一种低功率、高宽带技术，可达到很高的传输速率。
UWB技术在室内通信方面则可应用于户内通信，如在住宅、写字楼等复杂室内场景下，可利用UWB技术实现高速无线局域网，解决了由于墙体、玻璃等环境因素导致室内信号传输的难题。
4.雷达领域UWB技术在雷达领域应用较为普遍。
UWB雷达利用UWB脉冲信号的特性，实现了细小目标的探测和高精度测距。
它具备信息带宽宽、可控范围狭窄等特点，能够在高杂波环境下实现抗干扰、高精度的目标探测。
UWB雷达技术可应用于军事情报获取、安全监控、车辆安全防范等方面。
总之，UWB技术以其高精度、高宽带、低干扰等优点，在传感、定位、通信和雷达等领域都得到了广泛应用，为各行各业提供了更加精准、高效、智能的解决方案。
uwb原理
uwb原理
uwb原理是指超宽带技术（uwb），它是一种新型无线通信技术，
它可以提供极高的传输速率，超过100M bps。
不同于传统的无线通信
技术，它使用比传统技术更长的脉冲，从而可以传输更多的信息，而
且可以利用纳秒级的时间精度来传输信息，从而实现精确定位。
UWB的基本原理是利用超宽带脉冲的短暂存在，其时域技术可以实
现精确定位。
它可以使用很小的功率传播非常宽的信号波形，从而可
以精确测量发射和接收之间的距离，即时延迟（toa）。
由于它使用短
时间脉冲，所以可以有更高的频谱效率，即可以在非常窄的带宽内传
输大量的信息，而且对信号干扰非常稳健。
UWB的另一个优势是它的无线定位特性，可以准确的测量多个无线
节点之间的相对距离，从而实现精确的位置定位。
它还可以通过基于
多普勒散射技术（mimo）测量发射端和接收端之间的多普勒散射。
UWB还可以用于安全保障，因为它可以检测到信号的慢速衰减功率，这意味着可以确定接收到信号的距离，而且UWB还可以反向识别信号，从而实现信息的安全传输。
总之，UWB技术具有极高的传输速率，可以准确无误的定位，且具
有良好的安全性，是一种先进的无线通信技术，在我们日常生活中有
着广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
无 线 接 入 技 术
– EIRP：等效各项同性发射功率
• 基本通信频带0 – 960 MHz和3.1 – 10.6 GHz • 其它国家和地区（如欧洲、新加坡等） 考虑制定的规范与FCC的规范会稍有不 同 • 我国尚未制定相关的规范
7
关于UWB的一些错误认识
12
PPM UWB通信系统
无 线 接 入 技 术
13
PPM调制的时域波形和频谱特性
无 线 接 入 技 术
14
窄脉冲的产生
• 雪崩晶体管 • 阶跃恢复二极管（ Step Recovery Diode， SRD） • 高速CMOS电路
无 线 接 入 技 术
15
窄脉冲的产生（续）
无 线 接 入 技 术
• 调制载波方式
– 与现有一般通信方式较接近的方式 – MB-OFDM、DS-UWB等
• 其它方式
– SSA (Soft-Spectrum Adaption) – 数字调频 – …
10
基带窄脉冲UWB通信
• 利用基带窄脉冲序列通信， 脉冲宽度在纳秒、亚纳秒级 • 脉冲波形可以是高斯、升余 弦等多种波形 • 通过PPM、脉冲极性调制、 PAM等方式携带信息 • 采用跳时（TH）、DSCDMA等多址方案
无 线 接 入 技 术
LB：低频段 HB：高频段 Ch.A – Ch.D： 不同的码集合 多个Piconet同时工作示意图
27
内容提要
• 什么是超宽带？ • 超宽带通信的实现方式
无 线 接 入 技 术
– 基带窄脉冲形式 – 带通调制载波形式
• • • •
超宽带技术的研发现状
超宽带技术的研究课题 超宽带技术的早期历史 结束语
• UWB通信就是基带窄脉 冲通信 • 调制载波的UWB系统与 常规通信系统一样，没有 什么特别的地方 • UWB通信的距离都非常 近（10米以内） • UWB通信的频带就是 FCC规定的0 – 960 MHz 和3.1 – 10.6 GHZ，或在 其附近
无 线 接 入 技 术 可以是调制连续载波的方式， 可以是调制连续载波的方式， 只要满足相关的定义 虽然都采用DS、OFDM等技术，但 、 等技术， 虽然都采用 等技术 在使用频谱的方式上有本质的不同， 在使用频谱的方式上有本质的不同， 由此带来实现方式、技术难点、 由此带来实现方式、技术难点、系统 性能、 性能、适用领域的诸多不同 在特殊的场合，放宽发射功率的限制， 在特殊的场合，放宽发射功率的限制， 即可增大通信距离 只要满足相关的定义， 只要满足相关的定义，就可以算是 超宽带，包括有线通信和无线通信， 超宽带，包括有线通信和无线通信， 微波通信、 微波通信、光通信中很多都可算是 超宽带，只是我们一般研究10.6 GHz 超宽带，只是我们一般研究 以下的超宽带无线通信
DS-UWB信号频谱
24
DS-UWB方案发送端原理图
无 线 接 入 技 术
• 三进制扩频码，码长为24 • M进制双正交键控（M-BOK） • 平方根升余弦（RRC）脉冲
25
DS-UWB方案部分参数（114 Mbps）
参数
无 线 接 入 技 术
数值 1.368 GHz 1.368 Gcps 24 57 Mbps
无 线 接 入 技 术
32
芯片开发
• 2002年6月，XtremeSpectrum推出芯片组“Trinity”，现 为多家开发UWB产品的公司所采用 • 2003年9月，Intel发布基于90 nm CMOS工艺的单片集 成UWB芯片 • 2004年4月，Wisair推出采用MB-OFDM技术的UWB芯 片UB501（最高480 Mbps） • 2004年8月，Freescale UWB芯片组XS110通过FCC认证 • 其它
8
内容提要
• 什么是超宽带？ • 超宽带通信的实现方式
无 线 接 入 技 术
– 基带窄脉冲形式 – 带通调制载波形式
• • • •
超宽带技术的研发现状 超宽带技术的研究课题 超宽带技术的早期历史 结束语
9
UWB通信的实现方式
• 基带窄脉冲方式
– 传统的、“典型的”超宽带通信方式
无 线 接 入 技 术
• 其它
29
标准化工作
• IEEE 802.15.3a
– 高速WPAN物理层可选技术标准 – 2002.12开始公开征集方案 – 目前陷入MB-OFDM和DS-UWB两种方案竞争的僵局之中 无 线 接 入 技 术
• IEEE 802.15.4a
– 2003.7成立 – 低速、低成本、低功耗物理层可选技术标准
17
基带窄脉冲方式的典型应用
• 隔障碍物探测、通信
无 线 接 入 技 术
– 穿墙探测 – 抢险救灾 – 探地雷达
• 极低功耗、低速、低成本通信
– 无线传感网 – 军事网络
• 其它应用
18
调制载波的UWB通信
• 优点
无 线 接 入 技 术
– 频谱使用灵活 – 频谱利用率可以较高 – 较易实现高信息传输速率
3
UWB的本质特点
在极宽的频带中进行通信，并为避免对其它 在极宽的频带中进行通信， 系统造成干扰， 系统造成干扰，发射功率受到严格的限制
无 线 接 入 技 术
美国FCC的定义 的定义 美国 和规范
关于UWB的 的 关于 一些错误认识
4
FCC关于UWB的定义
• 定义
无 线 接 入 技 术
– 相对带宽Br大于20%或带宽大于500 MHz
N：子载波总数 B：子频带带宽 ∆F ∆F：子载波间隔 TFFT: IFFT/FFT周期 TCP: 循环前缀长度 TGI: 保护间隔长度 TSYM: 符号间隔
23
DS-UWB方案
• 频谱的使用
无 线 接 入 技 术
–将可用频谱分为高、 低两个频段，信号调 制在两个频段之一传 输，两个频段也可同 时或合并使用 –两个频段之间为U-NII 频段，为避免干扰， 没有使用
28
规范化工作
• 美国FCC
无 线 接 入 技 术
– 2002.2/4：给出了美国民用UWB设备的初步 规范，规定了各种应用使用频谱的范围和限 制 – 2004.8：批准了Freescale公司的UWB芯片组 XS110的商用
• XS110：可选速率29/57/86/114 Mbps，最大耗电 量750 mW
无 线 接 入 技 术
– 物理层采用UWB技术，速率480 Mbps – MB-OFDM
• 1394TA (WWG): IEEE1394 over UWB
– 已进行规格制定的最后阶段（2004.9） – MB-OFDM或DS-UWB，未确定
31
演示系统
• 2002年初，Intel，100 Mbps，2米 • 2003年1月，XtremeSpectrum，传送双路HDTV 信号 • 2003年4月，Intel，220 Mbps，1米，多带方式 • 2003年4月，新加坡资讯通信研究院 ，500 Mbps，4米 • 其它如新加坡新龙（Cellonics）公司、日本太 阳诱电、美国Blue7通信公司等 的演示系统
无 线 接 入 技 术
– 高速：802.11n、WiMAX等 – 低速、低功耗：RFID等
34
内容提要
• 什么是超宽带？ • 超宽带通信的实现方式
无 线 接 入 技 术
– 基带窄脉的研发现状
超宽带技术的研究课题
超宽带技术的早期历史 结束语
35
UWB技术的研究课题
无 线 接 入 技 术
s(k ) (t) = ∑w(t − jTf − c(jk)Tc −δd(k/)Ns ) j
j
典型TH-PPM信号
典型高斯脉冲在信道上的 时域波形和功率谱密度
11
基带窄脉冲UWB通信原理图
无 线 接 入 技 术
数据/ 用户接口
编码
脉冲产生
LNA
脉冲检测
解码
数据/ 用户接口
S.C.
50ohms line
SRD
• Trigger signal = +/- 10v • 250ps @ 3v SRD窄脉冲发生器的电路和输出脉冲
16
基带窄脉冲方式的特点
• 优点
无 线 接 入 技 术
– 系统简单、成本低、功耗小 – 多径分辨能力强 – 信号随距离衰减小，穿透力强
• 缺点
– 信息传输速率不高 – 频谱利用效率不高 – 频谱使用不灵活
无 线 接 入 技 术
33
未来预测
• 美国In-Stat/MDR: 2005～2008年UWB设备将以每年400 ％的增长率增加 • ABI公司预测，2007年全球基于UWB 的电子产品和芯 片组的出货量将达到4500万个，2007年全球UWB设备 和芯片收益将达到13.7亿美元 • WTRS预测，2007年通信市场的UWB芯片市场总值将 达到6300万美元 • UWB技术将面临多种无线通信技术/标准的挑战：
无线接入技术
第五章
UWB技术 UWB技术
内容提要
• 什么是超宽带？ • 超宽带通信的实现方式
无 线 接 入 技 术
– 基带窄脉冲形式 – 带通调制载波形式
• • • •
超宽带技术的研发现状 超宽带技术的研究课题 超宽带技术的早期历史 结束语
2
什么是超宽带？
Ultra-Wideband, UWB
无 线 接 入 技 术
无 线 接 入 技 术
20
3子带时频交织
Guard Interval for TX/RX Switching Time Cyclic Prefix
无 线 接 入 技 术