物联网通信技术--UWB.pdf

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1、现代通信新技术---超宽带UWB：UltraWideBand一.超宽带技术概述Ultra-Wideband,UWB单位频带发射功率窄带宽带超宽带频率2012-12-122超宽带（UWB）发展简史•19世纪末期，马可尼演示的第一个无线通信系统就涉及了脉冲超宽带的概念；最早的超宽带又称为ImpulseRadio；•1942年，随机脉冲系统专利，上世纪六七十年代在雷达信号处理领域有成功应用；•1993年，R.A.Scholtz提出了采用跳时冲激脉冲实现多址通信，称为IR-UWB，之后IR-UWB成了通信的一种新体制；•2003年4月美国联邦通信委员会（FCC）发布UWB规范；•IEEE8

2、02.15.3a/4a工作组制定UWB信道模型和技术提案；•2005年，UWB被CNN评为2004年十大热门技术之首；•2001年，国家863计划发布了我国第一个关于超宽带的预研课题指南•2003年，863计划发布了超宽带无线传输技术研究与开发的预研课题•2009年，我国启动有关于超宽带的重大专项科技计划。•2009年，我国为UWB技术制定了预开放频段4.2~4.8GHz和6~9GHz2012-12-12FCC关于UWB的定义•定义–绝对带宽带宽大于500MHz或相对带宽Br大于20%–相对带宽定义为-10dB带宽除以中心频率ffHLBr(ffHL)/2–这一定义还可能再修改

3、•跟早的定义是Br大于25%或带宽大于1.5GHz•对于超宽带的定义存在地区差别2012-12-1242012-12-125绝对带宽（AbsoluteBandwidth）绝对带宽是指信号功率谱最大值两侧某滚降点对应的上截止频率与下截止频率之差。Bff10dBHL注：纵坐标PSD（信号功率谱密度），单位是功率/Hz，所表现的是单位频带内信号功率随频率的变换情况。实际应用中，绝对带宽有−3dB绝对带宽、−20dB绝对带宽等不同选择。相对带宽（FractionalBandwidth）相对带宽是指绝对带宽与中心频率之比。由于超宽带系统经常采用无正弦载波调制的窄脉冲信号承载信息，中心频

4、率并非通常意义上的载波频率，而是上、下截止频率的均值。中心频率：ffHL2相对带宽（FractionalBandwidth）相对带宽（FBW）＝绝对带宽/中心频率例如，以−10dB绝对带宽计算的相对带宽为：B10dB2ffHLBFractionalfHfL2fHfL注：FCC规定UWB信号为−10dB绝对带宽大于中心频率500MHz或相对带宽大于20%的无线电信号。超宽带的定义f1.2GHzf2.8GHzLHff2.81.2HL相对带宽100%80%(ff)2(2.81.2)2HLf1.2GHzf2.8GHz窄带相对带宽<1%LH宽

5、带1%<相对带宽<20%ff2.81.2HL相对带宽100%80%(ff)2(2.81.2)2UWB相对带宽>20%HLUWB定义分数带宽（FBW）＝绝对带宽/中心频率DARPA：FBW>25％（－20dB）FCC：FBW>20％或者绝对带宽>0.5GHz（－10dB）这样的系统被定义为UWB系统Time绝对带宽(FCC)0-10Frequency-20时域波形归一化功率谱（dB）绝对带宽(DARPA)信号频谱中心频率频率轴UWB究竟是何方神圣？–UWB可以追溯到一百年前波波夫和马可尼发明越洋无线电报的时代。（spark－gap）–现代意义上的超宽带UWB无线技术(

6、ImpulseRadio)，出现于1960年代。–超宽带(UWB)原来专属军方使用的技术，1998年FCC征询用于民用的意见，2002年2月确定辐射模板正式将其解禁。非正弦载波调制传输：•非正弦载波调制传输：•第一个基于UWB无线电通信的脉冲技术为SparkGap无线电通信技术，主要用来传送摩尔斯电码。•在1942年和1945年，DeRose和Hoeppner就相继分别申请了随机脉冲系统和脉冲通信系统的专利。•但因二战和机密原因，被美国政府封存，直到1954和1961年才先后予以公布。此后对于相控雷达的研究深化了脉冲无线电技术的发展。•1962年随着HP采样示波器面市，微波网络基于

7、脉冲的响应能够被直接观察与研究，研究表明基于脉冲的传送可广泛用于雷达及其它种类的通信，并在70年代受到雷达信号处理领域研究人员的关注，应用到雷达高精度测距和测角。非正弦波形传输传统无线发射信号UWB发射信号2012-12-12132012-12-1214Signal1Signal1Signal2tSignal2ft频域分离时域共享Signal1Signal1Signal2fSignal2tf时域分离频域共享2012-12-1215UWB：由来•80年代，UWB技术被看