简述超宽带无线通信技术

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1、简述超宽带无线通信技术近年来，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。UWB（Ultra-Wideband）超宽带，一开始是使用脉冲无线电技术，此技术可追溯至19世纪。后来由Intel等大公司提出了应用了UWB的MB-OFDM技术方案，由于两种方案的截然不同，而且各自都有强大的阵营支持，制定UWB标准的802.15.3a工作组没能在两者中决出最终的标准方案，于是将其交由市场解决。至今UWB还在争论之中。UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至GHz，不需常规窄带调制所需的RF

2、频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时间间隔在10-100ps级。频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特征来调整。UWB信号在时间轴上是稀疏分布的，其功率谱密度相当低，RF可同时发射多个UWB信号。UWB信号类似于基带信号，可采用OOK，对映脉冲键控，脉冲振幅调制或脉位调制。UWB不同于把基带信号变换为无线射频 （RF）的常规无线系统，可视为在RF上基带传播方案，在建筑物内能以极低频谱密度达到100Mb/s数据速率。　　1UWB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，

3、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。　　其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20dB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。　　UWB（UltraWideband）是一种无载波通信技术，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功

4、率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。UWB技术最初是被作为军用雷达技术开发的，早期主要用于雷达技术领域。2002年2月，美国FCC批准了UWB技术用于民用，UWB的发展步伐开始逐步加快。　　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50

5、0MHz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3.1GHz～10.6GHz。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-41.3dBm/MHz.。图2示出了FCC对室内、室外UWB系统的辐射功率谱密度限制。当前，人们所说的UWB是指FCC给出的新定义。　　UWB系统在很低的功率谱密度的情况下，已经证实能够在户内

6、提供超过480Mbps的可靠数据传输。与当前流行的短距离无线通信技术相比，UWB具有巨大的数据传输速率优势，最大可以提供高达1000Mbps以上的传输速率。UWB技术在无线通讯方面的创新性、利益性已引起了全球业界的关注。与蓝牙、802111b、802115等无线通信相比，UWB可以提供更快、更远、更宽的传输速率，越来越多的研究者投入到UWB领域，有的单纯开发UWB技术，有的开发UWB应有，有的兼而有之。相信UWB技术，不仅为低端用户所喜爱，且在一些高端技术领域，在军事需求和商业市场的推动下，UWB技术将会进一步发展和成熟起来。据联合商业情报

7、公司在《关于UWB的预测和潜在市场应用的报告》指出，2007年全球配备UWB的电子设备和芯片的生产量将达到4510万套，当年的收益将达到13.9亿美元。　　2UWB的技术特点　　（1）传输速率高，空间容量大　　根据仙农（ShannON）信道容量公式，在加性高斯白噪声（AWGN）信道中，系统无差错传输速率的上限为：　　C=B×log2（1+SNR）　　　（1）　　其中，B（单位：Hz）为信道带宽，SNR为信噪比。在UWB系统中，信号带宽B高达500MHz～7.5GHz。因此，即使信噪比SNR很低，UWB系统也可以在短距离上实现几百兆至1Gb/

8、s的传输速率。例如，如果使用7GHz带宽，即使信噪比低至-10dB，其理论信道容量也可达到1Gb/s。民用商品中，一般要求UWB信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容