无线通信新技术——超宽带（uwb）

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1、第17卷第9期电脑开发与应用(总451)·33·无线通信新技术——超宽带(UWB)NewWirelessCommunicationTechnology——UltraWideBand李永辉陈东王俊青(西南交通大学峨眉校区峨眉614202)(西南交通大学成都610031)【摘要】超宽带(UWB)技术是无线通信中的一个非常有发展前途的技术。介绍了UWB的概念和工作原理、UWB信号的时域特征和频域特征,分析了UWB常用的两种调制技术:脉冲幅度调制(PAM)和脉冲位置调制(PPM)的详细过程。最后对超宽带通信主要特点进行了较深入的分析。【关键词】无线通信,超宽带技术,脉冲无线电,脉冲位置调制,脉冲

2、幅度调制ABSTRACTUltraWideBand(UWB)isthetechnologythathasdevelopingfore2grandinwirelesscommunication.Thispaperpre2sentstheconceptandthebasicprinciplesofUWB,includingUWBsignalfeaturesbothintimeandfrequencydomains,thenanalyzesgeneraltwoapproachesofmodulation——pulsepositionmodulation(PPM)andpulseamplitud

3、emodulation(PAM).Andfinallydis2cussesmainfeaturesofUWBcommunicationindetail.KEYWORDSwirelesscommunication,UWBtechnology,pulseradio,pulsepositionmodulation,pulseamplitudemodulation[2]超宽带(UltraWideBand简称UWB技术),也被决定带宽所占据的频率范围。称为脉冲无线电(IR:ImpulseRadio)技术。出现于20与传统的宽带和窄带技术相比,UWB技术能够世纪60年代,但其应用一直仅限于军事、雷达

4、定位及在具备更高数据传输率的同时,保持很低的能耗。由测距等方面。直到2002年2月14日,这项无线技术才shannon公式(信道容量与信道带宽成线性关系,而与[2]首次获得了美国联邦通信委员会的批准用于民用通信噪声比的对数成线性关系)可以验证这一点。信。超宽带技术由于其优良独特的技术特性,正越来越由于UWB发射功率受限,进而限制了其传输距受到通信学术界和产业界的重视。离,据资料表明,UWB信号的有效传输距离在10m以内,故而在民用方面,UWB普遍地定位于个人局域网1超宽带的基本概念[2]范畴。超宽带是利用纳秒级窄脉冲发射无线信号的技2UWB信号特征术,适用于高速、近距离的无线个人通信。按

5、照FCC的规定,从3.1GHz到10.6GHz之间的7.5GHz的带宽通常,UWB信号载体为周期性的单周脉冲序列,[1][2]频率为UWB所使用的频率范围。单周脉冲使用持续时间为0.5ns～20ns的高斯形脉冲从频域来看,超宽带有别于传统的窄带和宽带,它或方波脉冲。高斯形脉冲类似于单周正弦波,频谱结构的频带更宽。窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率中直流及接近直流的频谱成分较弱,有利于极窄脉冲之比)小于1%,相对带宽在1%到25%之间的被称为信号的传输,接收端易于相关检测与识别,使用较多,宽带,相对带宽大于25%,而且中心频率大于500MHz可表示为:的被称为超宽带。以一组数据作对比,如

6、:某超宽带系ePtt2g(t)=6Aexp[-6P()]统,最高频率5.5GHz,最低频率为3.1GHz,其相对带3SS宽为55.8%,以3GW2CDMA频谱分配为例作比较,式中,A表示脉冲的峰值幅度,S是决定脉冲宽度的常其相对带宽为5MHzö2200MHz=0.23%。数,t是时间。从时域上讲,超宽带系统有别于传统的通信系统。单周期脉冲的频谱的表达式为:一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制,AfeP6(f)2G(f)=-j2exp[-]3fc2Pfc而UWB是利用起、落点的时域脉冲(几十ns)直接实式中,fc=1öS是脉冲的中心频率。图1演示了一个脉现调制,超宽带的传输把调制信

7、息过程放在一个非常8冲宽度为S=0.5ns,A=10的典型脉冲波形,图2是宽的频带上进行,而且以这一过程中所持续的时间,来320040423收到,20040510改回33李永辉,女,1976年生,在读硕士研究生,助教,研究方向:无线与移动通信等。·34·(总452)无线通信新技术——超宽带(UWB)2004年图1UWB单周期脉冲的时域图图2UWB单周期脉冲的功率谱图3周期性重复的单脉冲时域图形其功率频域特性,中心频率fc=2GHz。