UWB超宽带传输技术及其应用

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1、UWB超宽带传输技术及其应用————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：7新型高速无线传输技术及应用摘要　UWB技术是目前最理想的低功耗、高带宽的短距离无线传输技术。UWB技术的相关研究以及应用也成了目前研究的热点话题。介绍了UWB的基本技术及相关知识，包括其定义、技术实现、相关调制技术及优缺点。并将UWB与其他几种技术做简单比较，突现了UWB在高速率传输、低功率发射、低功耗、大空间容量等多方面的优势。最后，介绍了UWB在数字家庭及无绳USB方面的应用。　　UWB（UltraWide

2、Band）是一种短距离的无线通信方式。其传输距离通常在10m以内，使用1GHz以上带宽，通信速度可以达到几百Mbit/s以上。UWB不采用载波，而是利用纳秒至微微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，适用于高速、近距离的无线个人通信。FCC规定，UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工作频宽为500MHz。超宽带传输技术和传统的窄带、宽带传输技术的区别主要有如下两方面。一个是传输带宽，另一个是采用不采用载波方式。从传输带宽看，按照美国联邦通信委员会FCC的定义：信号带宽大于1.5G或者信号带宽与中心频率之比大于25%的为超宽带。超宽带传输技

3、术直接使用基带传输。其传输方式是直接发送脉冲无线电信号，每秒可以发送数10亿个脉冲。然而，这些脉冲的频域非常宽，可覆盖数Hz～数GHz。由于UWB发射的载波功率比较小，频率范围很广，所以，UWB相对于传统的无线电波而言，相当于噪声，对传统的无线电波影响相当小。UWB的技术特点显示出其具有传统窄带和宽带技术不可比拟的优势。一、UWB的实现　　UWB系统结构实现比较简单，UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，允许采用非常低廉的宽带发射器。在接收端，不需要中频处理。高速数据传输时，民用商品中，一般要求UWB信号的传输范围为10m以内，其传输速率可达到500Mbit/s以上。UWB系统使

4、用间隙的脉冲来发送数据，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低。在高速通信时，系统的耗电量仅为几百μW～几十mW。民用的UWB设备功率一般是传统移动电话功率的1/100左右，是蓝牙设备功率的1/20左右。安全性方面，作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB信号相当于白噪声信号，并且在大多数情况下，UWB信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声中难以检测出脉冲信号。UWB比其它无线技术要简单得多，只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，可实现全数字化，大大降

5、低了设备的成本。UWB还具有多径分辨能力强、定位精确等特点。图1，示出超宽带无线通信系统的基本结构[4]。7图1　超宽带无线通信系统基本结构二、UWB脉冲调制技术介绍　　目前，用于UWB的满足特定频谱要求的脉冲波形，根据频谱特性可分成基带脉冲和特殊脉冲两类。经典的超宽带系统采用基带脉冲波形。包含从低频到GHz频率的连续带宽。常见的如矩形脉冲、高斯脉冲、高斯单脉冲和瑞利单脉冲等。但矩形脉冲和高斯脉冲具有很大的直流分量，只适用于学术研究。工程上要求不含直流分量，因此，采用极短的高斯函数的各阶导数作为发射脉冲，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间，这些脉冲所占用的频带范围

6、很宽，可达到几GHz。设H、L和C分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率，B为相对带宽，MB为绝对带宽，则在B为-10dB点处应有[1]：　　　　（1）　　或MB＞500MHz在信号调制时，可以采用单个脉冲传递不同的信息，即单脉冲调制；也可以用多个脉冲传递相同的信息，即多脉冲调制[1]。在实际中，为了降低单个脉冲的幅度，提高系统的抗干扰性，超宽带脉冲无线通信系统往往用多脉冲调制。在多脉冲调制中，传输相同信息的多个脉冲称为一组脉冲。因此，多脉冲调制的过程可以分成两步：第一步是进行每组脉冲内对单个脉冲的调制。通常采用脉冲相位调制（PPM）或二相调制（BPM）。PPM称为跳时扩谱（

7、SpreadSpectrum）（THSS），每组脉冲内部的每一个脉冲具有相同的幅度和极性，但具有不同的时间位置。BPM称为直接序列（DirectSequence）扩谱（Spread　Spectrum）（DSSS），其每组脉冲内部的每一个脉冲具有固定的时间间隔和相同的幅度，但具有不同的极性[1]。第二步为每组脉冲作为整体被调制，通常采用脉冲幅度调制（PAM）、脉冲相位调制（PPM）或二相调制（BPM）。在第二步中，根据需要传输的信息比特，PAM同时改变每组脉冲的幅度，PPM同时调节每组脉冲的时