[信息与通信]超宽带无线通信技术

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1、超宽带无线通信技术徐微2011.10.12目录超宽带的定义1超宽带的特点和应用2超宽带的传输方式3超宽带的信道模型4超宽带的关键技术5超宽带的定义Ultra-Wideband(UWB)WirelessCommunication美国联邦通信委员会（FCC：FederalCommunicationsCommission）超宽带的定义超宽带信号的辐射掩蔽室内UWB设备辐射掩蔽室外手持设备为了避免对现有的通信系统带来干扰，必需将超宽带系统的发射功率限定在一定范围内，即在超宽带通信频率范围内的每个频率上都规定一个最

2、大的允许功率，这个功率值一般通过辐射掩蔽（emissionmask）来决定.超宽带的特点1、共存性能好超宽带技术可以与现有的其他通信系统共享频谱。超宽带通信使用的频谱范围从3.1GHz到10.6GHz，频谱宽度高达7.5GHz，通过发射功率的限制，避免了对其他通信系统的干扰。从上图中可以看到，超宽带信号的最高辐射功率为-41.3dBm，这仅仅相当于一台个人计算机的辐射。这样在很低的功率谱密度下共享频谱的方式，在频谱资源非常紧张的今天具有极其重要的意义，这也是超宽带兴起和发展的主要原因之一.超宽带的特点2、

3、信道容量大，传输速率高香农信道容量公式超宽带信号占有数百兆赫兹（MHz）甚至几吉赫兹（GHz）带宽，理论上可以提供极高的信道容量，达到Gbps以上的传输速率，或者在很低的信噪比下，以一定的传输速率实现可靠传输。假定一个超宽带信号使用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

4、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。超宽带的特点4、信号衰减小，穿透能力强正弦载波在自由空间的衰减与距离平方成反比，在密集多径情况下，信号的功率衰减更是与距离的3-4次方成反比。脉冲超宽带信号为定向窄脉冲，不需要载波，具有较强的

5、方向性，在相同的功率下，比正弦电磁波的衰减更小。同时基带窄脉冲信号包含的低频部分的长波具有较强的穿透能力，能够穿透多种材料，使其可以应用于成像、检测、监视和测量等领域。超宽带的特点5、定位精度高由于脉冲超宽带具有较强的穿透能力，因此可以用于各种环境下的测距和定位。系统的定位精度与信号的频谱宽度直接相关，频谱越宽，时间分辨率越高。脉冲超宽带发射极短的基带窄脉冲信号具有很高的定位精度，其带宽通常在数GHz，所以理论上其定位精度可达厘米量级。研究表明，与GPS全球定位系统相比，超宽带技术具有更高的定位精度。技术

6、GPSBluetoothIEEE802.11UWB定位精度5-20m3m3m15cm超宽带的特点6、保密和安全性能好超宽带信号的功率谱密度非常小，淹没在环境噪声和其他信号中，同时又具有极宽的带宽，很难被基于频谱搜索的侦测设备检测到。同时超宽带系统可以采用多种扩频多址方式，包括：跳时扩频、跳频扩频、直接序列扩频等，在接收端必须采用与发射端一致的扩频码才能正确的解调数据，这使得使非合法用户很难获取合法用户的传输信息，系统的安全性和保密性非常高。与其它短距离无线技术的比较UWB蓝牙802.11aHomeRF速率

7、（bps）最高达1G＜1M54M1~2M距离（米）＜101010~10050功率1毫瓦以下1~100毫瓦1瓦以上1瓦以上超宽带的应用通信UWB系统带宽极大，可支持大的信道容量，同时系统功率受限，只能传播较短距离，因此UWB技术特别适合于短距离高速无线通信。例如基于UWB技术的无线USB2.0，可取代有线USB,实现PC之间及消费类电子设备（电视、数码相机、DVD播放器、MP3等）之间的无线数据互连与通信。无线个域网(WPAN)、高速智能无线局域网、智能交通系统，公路信息服务系统，汽车检测系统，舰船、飞机内

8、部通信系统，楼内通信系统、室内宽带蜂窝电话，战术组网电台，非视距超宽带电台，战术/战略通信电台，保密无线宽带因特网接入等等超宽带的应用超宽带的应用雷达、探测超宽带依赖于极微弱的、与雷达中所使用的相近的基带窄脉冲，具有很强的穿透能力，能穿透树叶、墙壁、地表、云层等障碍，辨别出障碍物后隐藏的物体或运动着的物体，测距精度的误差只有一两厘米。可以应用在：穿墙雷达、安全监视、透地探测雷达、工业机器人控制、监视和入侵检测、道路及建筑检测、