超宽带无线电UWB

超宽带无线电UWB（共9篇）

超宽带无线电UWB 篇1

1 UWB技术简介

1.1 什么是UWB

UWB (Ultra Wideband) 是一种无载波通信技术, 采用纳秒到微微秒级的非正弦波窄带脉冲传输数据, 因而能够在较宽的频谱上传送功率极低的信号, UWB可以在10米左右范围内实现数百Mbps到数Gbps的数据传输率。

1.2 UWB的特点

(1) 不用载波, 而采用时间间隔极短 (小于1ns) 的脉冲波进行通信。

(2) 能利用纳秒到微微秒级的非正弦波窄带脉冲传输数据。通过较宽的频谱来传送极低功率的信号, UWB可以在10米左右范围内达到数百Mbit/s到数Gbit/s的数据传输速率。

(3) 抗干扰性能比较强, 传输速率很高, 系统容量大且发送功率非常小。UWB系统发射功率很小, 通信设备能用低于1m W的发射功率就可以实现通信。同时, 低发射功率能延长系统电源的工作时间。并且, 发射功率小, 意味着其电磁波辐射对人体造成的影响也会很小, 应用面就广。

目前, 超宽带的传输距离都在十米之内, 它的传输速率达到了480Mbps, 与同类技术相比, 是蓝牙标准的159倍, 是Wi Fi标准的18.5倍, 很适合传输数据量较大的多媒体信息。

总结: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、保密性好。

2 UWB的实现结构

简单UWB发射器的设计与实现如图1所示。

3 国内外UWB技术研究历程

3.1 国外UWB技术的研究

美国Intel公司在2002年2月28日举办了“Intel Developer Forum (IDF) Spring 2002”开发商会议, 公开演示了UWB (超宽带技术) ——下一代无线通信技术。它主要有以下3大特点: (1) 高达数百Mbps的高速率通信。 (2) 耗电量不到现有无线技术的百分之一。 (3) 相对于现有无线技术成本低。

Intel总裁保罗·奥特里尼已宣布:“将会在Banias中集成无线LAN的功能”。Banias是能够和Crusoe抗衡的低耗电处理器, 在2003年上半年便已开始供应。

欧盟以及日本也很重视UWB, 纷纷开展了研究计划。由Wisair、Philips等六家公司成立了Ultrawaves组织。主要研究家庭等是室内环境内UWB在AV设备高速传输的可行性。STMicro、Thales集团和Motorola等多家公司团体成立了UCAN组织, 利用UWB实现PWAN的技术, 其中包括MAC层、实体层、路由以及硬件技术等。瑞士的IBM研究公司和英国的Philips等四十多家研究团体组成了PULSERS组织, 主要研究UWB的位置测量技术以及近距离无线界面技术。

3.2 国内对UWB技术的研究

中国早在2001年9月初就在"十五"国家863计划通信技术主题研究项目中将"UWB无线通信的关键技术以及其共存和兼容的技术"首次作为无线通信的研究内容, 以此鼓励国内学者关注这方面的研究。当下, 常州唐恩软件科技有限公司, 研制了基于UWB技术的高精度定位系统, 能够在室内环境实现3D高精度定位, 是当今无线电实时定位领域最先进的定位系统之一。

4 UWB的主要应用

4.1 军用方面

超宽带的一个介于雷达与通信中间的应用是精确地理定位, 比如利用UWB技术提供3D地理定位信息的设备。此系统是由无线塔标和移动漫游器组成的。它的基本原理是, 通过漫游器和塔标间的包突发传送实现航程时间的测量, 再经过往返时间测量值的对比, 再分析便能得到目标的精确定位。UWB地理定位系统一开始主要应用于军事领域, 它可以实现士兵在城市环境下能以高分辨率测定自身所处位置。

4.2 民用方面

超宽带同样适用于短距离高速宽的带无线接入和数字化音视频的无线连接等相关民用领域。家庭数字娱乐中心是超宽带技术的一个重要应用。它的概念是:家庭住宅中的PC、PAD、家电等智能设备会与Internet连接在一起, 你可以在家中以及周边短距离内使用它们。

5 UWB未来的发展

5.1 Blutooth+UWB

UWB自身的一些缺点使得它无法被普及和广泛使用。由于缺乏可靠的安全性、信令技术、很强的匹配能力及功率适配等问题, UWB极不适用便携式设备, 因而面临着沦为小市场技术而落后的危险。与此相同时, 蓝牙技术已经很成熟可靠并且高效, 而UWB的低功耗高速率正好能弥补蓝牙的缺点, 可以将UWB引入便携式设备的大市场。

5.2 RFID+UWB

各类技术之间的融合应用可以弥补各自的缺点。RFID与UWB技术的融合应用, 能大大推进信息数字化的建设。

5.3 UWB卫星技术

未来可能会面临地面终端数量多, 多个终端同时接入信道造成拥堵的问题, 同时会造成频谱重叠现象。所以我们可以让地面终端实现信道动态接入, 同时使用卫星通信技术和超宽带技术实现短距通信。目前, 这种技术还处于概念研究阶段, 许多相关问题还未能得到充分的研究, 距离工程化应用还有很长的路要走。

摘要：UWB (Ultra Wideband) , 即超宽带。一种起源于19世纪的无线短距离通信技术。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、保密性好、对人体辐射小等优点, 在无线个域网领域中已成为最富有竞争力的技术之一。文章主要论述UWB的发展现状及应用, 并且对未来的发展作出预测。

关键词：超宽带,无线通信,实现结构,应用与发展

参考文献

[1]Hewish M, Gourley S R.Ultra-wideband technology opens up new horizons[J].Janes International Defense Review, 1992 (2) :20-22.

[2]王金龙.无线超宽带 (UWB) 通信原理与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2015.

[3]A.Tanaka et al, “A 2.88Gb/s digital hopping UWB transceiver, ”in IEEE ISSCC Dig.tech.Papers, pp.318-319, Feb.2009.

超宽带无线电UWB 篇2

伴随着超宽带无线通信技术在我国的大范围推广，其已经形成了一套系统的商业规模，产业化已经成为该项技术的必然趋势，无线通信的各个环节都实现了商业生产。因此，我国的三大运营商也在一定程度上加强对该项技术相关业务的开发与推广，目前，我国已经实现了超宽带无线通信技术的商业化应用，这对其他东亚国家、南非地区起到了很大的引导与榜样作用。自2007年开始，西方国家就开始使用全面的无线通信技术，各国对该项技术的限制也越来越少，其只要确保信号频带的宽度能够控制在合理的范围内，并且能够有效抵抗各种干扰，该项技术即可投入生产。对于该项技术的发展前景，社会各界都对其给予了很大的期望，我国各大运营商也对其投入了大量的资金与人才，并相继申请专利，这为该项技术的产业发展奠定了一定的基础。

2.2应用规模增大

由于超宽带无线通信技术使用的带宽宽度很大，其能够具有全部频谱的应用能力，因此，相较于传统的无线通信技术，无线通信技术的应用规模更大。这项技术在众多领域都得到了十分广泛的应用，例如军事领域、交通领域、互联网行业以及人们的日常生活等，其在家庭、娱乐、办公以及大量的电子通讯设备中都起着非常重要的作用。该项技术的应用对人们的`生活水平与生活方式也起着潜移默化的影响，传统的有线通信技术已经被完全淘汰，无线通信技术的应用为人们的办公与生活都提供了很大的便利，其使得生活的节奏更快，人们的工作效率更高。在将来的应用中，超宽带无线通信技术将全面代替有线连接，并更好地实现在更大空间上的应用。

2.3技术专业化

关于超宽带无线通讯技术探讨 篇3

【关键词】超宽带 无线通讯技术 探讨

超宽带无线通讯起源于二十世纪的五十年代末期，它作为全新无线通信，在当前的发展中得到人们的高度关注，此前，其主要应用在军事技术方面，例如雷达通信设备，但随着无线通讯的发展，人们对其在应用中提出更高要求，从而为人们的交流提供更多的便利。

一、阐述超宽带无线通讯的定义

根据美国联邦的通信委对超宽带通讯所作出的定义：将信号带宽高于500MHz以及信号带宽和中心频率之间的比例高于百分之二十五的都可以称之为超宽带无线通讯。超宽带无线作为无载波的通信技术，其主要采用的是极短脉冲信号实现信息传输，通常情况下，每个脉冲所持续时间在几十皮秒至几纳秒之间。

目前，在FCC中开放频段为3.1至10.6GHz，尽管超宽带无线通讯中的带宽较宽，而其传输的速率已达几十Mbps，但在超宽带系统中，其所发射的功率谱密度较低，有时甚至是-41.3dBm-FCCPart15。

因此在无线通信中，超宽带无线通讯设备发射功率较小，仅为现有发射设备几百分之一，而普通非超宽带则近似于一些噪声，所以在理论上，超宽带和现有的无线电可以实现共享带宽的价值，有望在今后的无线通信的领域中得到更加广泛应用。

二、分析超宽带的特点

2.1频带宽且传输的速率较高

超宽带以较宽频率来换取较高数据的传输，且不单独的占用现已拥挤频率的资源，而是通过共享无线技术中频带实现信号的输送，因此从信号的传播角度来看，超宽带的无线通信由于其有效减小的多径传播影响，而使它可以实现较高地传输数据。

2.2结构简单且成本低

在超宽带无线通讯中，其脉冲通信系统没有基于常规的正线载波而调制无线通信的系统，其中它所需上、下之间的变频电路与中频电路中各种不同的滤波器，从而实现简单的结构，同时也使其更加易于数字化，从而降低其成本；再者由于常规的无线通信射频中的信号多为一些连续性的信号，或其在时间方面的持续都远远地大于一些多径的传播，而超宽带无线通讯则可以采用持续时间较短窄脉冲，由于其占有的空比极低，在时间方面能够实现多径信号的可分离，从而使得窄脉冲的发射低于超宽带无线通讯的信号，而使其处于多径的环境中渐渐地衰落，通过大量实验研究表明，常规无线电的信号在多径中的衰落深可以达到10至30dB而超宽带的信号衰落是低于5dB的。

2.3穿透能强且隐蔽性较好

在相同的绝对带宽无线信号当中，超宽带无线通讯的脉冲频率是最低。因此，它与毫米的波信号相对比，其具有更强穿透的能力；再者，由于超宽带无线通讯中的信号采用的是跳时扩频，在射频带宽中可达1GHz，且其所需的平均功率又十分的小，因此在信号较隐蔽的环境中是难以被检测的，必须使用和发端相一致扩频的码脉冲方能解调，从而增加系统安全性。

2.4功率低且功耗小

超宽带无线通讯的信号具有十分低辐射的功率，同时它又具有频带极宽的特点，由此而导致功率谱的密度极低，有时甚至是低于环境中的噪声，从而使超宽带的通信系统在低截获与低检测的特性中不受到一些常规的通信系统干扰与影响，有时还可以与之实现共享频带，而低功率又非常地适合一些移动的通信设备应用，同时，它还低辐射从而降低对人体侵害。

三、超宽带的应用

由于超宽带无线通讯具有许多的优点可以在较广泛的范围中加以应用，例如低截获率这一优势就是其中一大亮点，它在内部的无线通信系统中，通过超宽带的雷达以及防撞与高精度的定位中得到广泛的应用；在当前的信息技术发展中，超宽带无线通讯的技术还可以应用于智能交通的系统中、无线传感的网络、成像应用和射频标识等。此外在数字化的办公中，将传统有线地连接升级至无线连接，使办公环境更方便与灵活，同时在超宽带无线通讯中较高的传输宽带，可以使计算机在外设、主机和会议的设备、显示器以及投影仪等之间进行连接，所以在任何的地点都能够有效地接入当地超宽带无线的网络，从而为人们的运用提供许多的便利，下面对其应用进行一一分析。

3.1超宽带技术在交通领域的应用

由于超宽带技术具有高效地传输能力，在交通领域中可以利用这一特点为道路的检测提供良好的帮助，例如这一优势特点来制造雷达，应用于道路信息的收集，如道路中的车流量多少以及路面的情况等，然后将前方的路况真实地传输并反馈给车辆的司机，而司机可以根据这一信息而有效地选择恰当地行驶路线，从而达到避开道路中的障碍物，在未来汽车的发展中，还可以在超宽带技术的支持下实现智能驾驶，为司机提供更好地驾驶环境，从而保证汽车的行驶能够更加的顺畅；此外，在解决停车的问题方面，在超宽带信息技术的支持下，未来可能会实现司机在不停车的情况下而自动的收取相应费用的目标。

由此可以得知，超宽带技术在交通领域的应用能够给人们的出行带来良好的帮助，随着超宽带技术的不断发展，还可以将其大量地应用于交通管理的系统中，充分地发挥其强大的功能为人们提供优质的服务。

3.2超宽带技术在个人的局域网中使用

在通讯技术发展的今天，为人们的生活与工作带来了良好的帮助，而随着超宽带技术的发展，它能够通过无线方式来代替电子设备中的有线设备，从而扩大电子设备的应用范围，为人们实现不同地域的工作而提供技术支持，除此之外，在超宽带技术的发展中，它所具有的超大容量数据的传输，也对人们的正常办办公、家庭环境等都提供较好地便利；我国早年间在“十五”规划中的863计划，就将超宽带的无线通信以及与其兼容性的技术核心技术问题，作为重点的研究对象，其中一处是关于无线通信的创新技术以及共性技术研究，在各方的努力下我国以及出现UWB技术蓬勃发展的良好状态，尤其在是雷达系统的研究中，超宽带的系统研究取得较为深入研究的成果，同时也是超宽带的技术优点，使它能够位于无线通信的各个方面中实现巨大的应用价值与潜力。

3.3超宽带技术在军事领域的应用价值

由于军事方面的通信要求严格的保密性，由于超宽带的技术具有较强的隐蔽性，使得它得到了我国军事通信研究者们繁荣积极追捧。在超宽带的技术发展自中，它能够有效地将相关数据以及文件的传输通过窄带的系统所发出较小的辐射作用而提高信息的隐蔽性，有的甚至没有在UWB中也难以检测出文件或是数据传输的信号，由此提军事信息的保密性。

基于此，超宽带技术在我国的军事领域中得到广泛的应用；除此之外，由于超宽带的技术在传输的速度方面比较快，信号也能够得到较好地保证，在穿透力极强的情况下，实现精确的定位以及保密性等。所以，在支援各种灾害的救援中，可以发挥其在这些方面的优势，从而有力地促进各种救援工作能够得到积极有效地开展，再者超宽带的技术还可以在具有特殊性的任务发挥积极作用，如战术组网、保密数据、定位导航以及定位追踪等，为军事通信的发展提供良好的帮助，随着超宽带的技术在不断研究中发展与进步，在超宽带的技术所具有的特性，如耗能少、保密性强、定位精准、灵活性好、成本低以及传输速度快的特点给受到社会各界的高度关注与研究。

四、展望超宽带技术的未来发展

目前，社会各界对超宽技术的研究工作取得较多的成果，其实还出现一些亟待解决的问题，例如基于窄带中的载波调制、短距离的无线系统等，它们难以实现视频高速的传输，从而使得移动终端在准确位置方面不能得到十分的确定。除此之外，还在对一些位置敏感应用的程序中，它难以提供有效地支持。

但是，在众多的用户管理中，同时使用几种系统能力，为人们的实际工作以及生活带来积极的帮助，这也成为超宽带的下一研究方向；

再者就是在超宽带的技术研究中，它能够在调制与编码的技术领域中得到良好地发展，同时也出现一些挑战，如在最初的军事应用方面，超宽带的技术并没有将其作为一个较高容量的追求，但随着超宽带技术不断的广泛使用，出现用户容量的增加，这就使得这一问题成为主要的考虑因素，在编码与调制中适应了多用户的高容量需求，因此这就急需研究出新的方法，对编码的技术加以调节，从而达到提高此系统容量的目的。

而另一挑战则来自于它的物理层设备，如天线设计与实施，这其中要充分地考虑到不同的使用状况，如一些小型的、便携式天线，它能够充分地配合系统中的信号发射和收取的工作，但在这个过程中避免不了的是天线出现损坏的问题，如果一旦发生损坏，就会使整个系统出现中断，从而导致大量信息的传输终断，从而带来许多的麻烦，因此在又是超宽带技术在今后发展所需要解决的又一问题。

五、结束语：

超宽带无线电UWB 篇4

由于UWB信号带宽一般是现有系统带宽的数千或数万倍, 因此UWB通信可用很低的发送功率达到极高的传输速率, 其应用越来越广泛, 本文主要就超宽带 (UWB) 无线通信技术问题进行分析。

1 UWB无线通信技术的特点

UWB技术是一种新的无线传输机制, 在传输速率、功耗和成本等方面有明显优势, 是下一代WPAN网络的核心技术。无论在技术实现还是在系统性能方面, UWB这种新的无线传输技术都具有不同于传统无线通信技术的特点, 主要表现为如下几点[1,2]。

1.1 共享频谱资源

无线通信技术日益发展的今天, 频谱资源日趋紧张。系统分配的频带从3.1GHz到10.6GHz, 可以共享7.5GHz的带宽, 而功率谱密度仅为41.3dBm/MHz, 仅和FCC规定的一台个人计算机允许的辐射相当。这样系统在非常低的功率谱密度下就可以实现可靠通信, 避免了对其它系统的干扰。这个特性在频谱资源非常紧张的今天有着非常重要的意义。

1.2 极高的传输速率和极大的系统容量

UWB技术以数百兆甚至几GHz带宽的优势, 理论上传输速率可以达到1GHz以上, 系统容量很大。传统的无线通信系统因为频带窄, 要实现以上的高传输速率, 必须采用高阶调制等方法以达到较高的频谱利用率, 这就对接收端的信噪比提出了很高的要求, 同时增加了系统的复杂性。而UWB使用的频带极宽, 从香农定理就可以看出, 在一定的信噪比要求下, 可提供极高的通信容量;或者在一定的传输速率下, 可以在极低的信噪比下实现可靠传输。分析表明, UWB系统的空间通信容量 (即每单位面积可达到的通信容量) 是无线局域网、蓝牙等系统的10~1000倍以上。

1.3 低成本和低功耗

UWB系统发射和接收的是超短窄脉冲, 无需采用正弦载波而直接进行调制, 接收机利用相关器能直接完成信号检测。这样, 收发信机不需要复杂的载频调制、解调电路和滤波器等, 它只需要一种数字方式来产生超短窄脉冲。因此, 这可以大大降低系统复杂度, 减小收发信机的体积和功耗, 易于数字化和采用软件无线电技术。

1.4 良好的抗多径衰落能力

多径衰落一直是传统无线通信难以解决的问题。UWB能够实现密集多径信号的分集接收, 具有良好的抗多径衰落能力。

2 UWl3技术的应用前景

UWB的产品应用大致在3个方面:通信、雷达/监视/跟踪、定位。

2.1 通信

UWB支持高速低功耗数据链路, 并且在抗多径干扰机制上有独到之处。UWB因此可以用于楼内通信系统、室内宽带蜂窝电话、保密无线电和无线宽带因特网接入, 智能交通等。主要介绍其中应用如下:1) 智能家庭:所有的家用电器, 包括电脑、电视、音响、游戏、PDA等, 通过UWB通信链路连接成一个完整的整体, 并且可以通过家庭网关连接到因特网上。这种应用中传输的数据速率不是很高, 主要是一些控制、管理的探测数据;2) 无线网络:UWB可应用于无线网络, 主要针对无线个域N (WPAN) , 其次是小型局域网 (WEAN) 。WLAN是在便携式移动计算机和家用电器设备间进行短距离 (10m以内) 通信的Adhoe。它把UWB和Ad hoe网络相结合, 构建短距离的高速多媒体应用 (高质量的数据、声音和图像通信) 并实现无缝连接, 为多媒体业务提供有QoS支持的特别连接;接入和离开无线网络非常方便;有先进的功率管理机制。是目前UWB的研究热点。在WPAN无线传输技术中, UWB以远高于IEEE 802.1la、IEEE 802.11b和蓝牙的数据速率, 被认为是“可望取代蓝牙及无线LAN的无线通信技术”;3) 无线USB/无线1394:UWB可成为无线USB的传输物理层标准。以IEEE802.15.3a标准参数为例, 在传输距离3m左右, UWB技术的传输速率可达到480Mbit/s, 满足USB2.0要求的数据速率。同样, 数码相机等产品上常见的1394接口也可用UWB技术实现无线传输;4) 无线芯片网络 (WCAN) .随着无线芯片的系统覆盖范围越来越小, 传输速率越来越高, 芯片间有线连接的线宽越来越窄, 电阻系数也越来越大。突破这种瓶颈, 可以采用UWB无线通信技术在厘米数量级上, 实现芯片与芯片间的百兆的比特速率无线连接。

2.2 雷达

是近代UWB技术最早的应用领域, 从20世纪60年代就开始了。UWB信号实用亚纳米级脉冲信号的时候, 空间距离分辨率很高, 通常远小于目标尺寸。高的距离分辨率和宽频谱的结合使它具有精确的目标识别能力, 能获得复杂目标的细微特征。该信号具有强的穿透能力, 探测并分辨隐蔽目标。UWB在雷达的应用主要有:探地雷达、穿墙雷达、碰撞避免系统、工业机器人控制等。

2.3 测距与定位

UWB脉冲信号在室内和室外都可以提供精确的位置信息。待定位的UWB接收机和参考定位的收发信机间进行脉冲通信, 通过检测信号中携带的伪随机码的时延来判断到参考点的距离。定位可应用于跟踪, 搜索, 救援等。

3 结论

而超宽带 (UWB) 无线通信技术作为一种新颖的不同于传统无线通信的通信方式, 以其传输速率高、抗多径能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点, 已经成为高速率短距离无线传输的首选技术, 它正如一种数字化的神经末梢将各种终端设备连接在一起和骨干网络共同形成一个无缝的连接, 从而在没有电缆的繁琐和局限的情况下也可实现完全的、高速的信息共享;在不占用现在拥挤不堪的频率资源的情况下, 带来一种全新的话音、视频流和数据通信方式。

参考文献

[1]杨晓东, 陈君, 丁芩华, 等.超宽带无线通信与声表面波宽带信号处理技术[J].压电与声光, 2009, 31 (3) .

超宽带无线电UWB 篇5

超宽带技术获得广泛关注的一个重要原因是它具有高速率和低功耗,这就要求其信道估计的计算复杂度尽量低。基于训练序列的信道估计由于预先掌握较多的先验信息,往往可以快速准确地求出信道冲激响应。对跳时超宽带系统最简单的信道估计是在发送端发射一个单独的脉冲信号,然后基于接收到信号估计信道的冲激响应[1,2],这种方法具有实现简单的特点,缺点是需要制定特定的帧结构,并且由于要避免ISI,估计的时间效率低。比较通用的方法是根据ML准则,并且利用超宽带通信具有时间上可分辨的多径[3]。这种方法可以迭代运算,但是由于要在时域进行卷积运算,则运算复杂度较高。近来的研究发现,在频域进行信道估计[4]可以有效降低运算的复杂性。频域估计要求得到接收信号的频域值,直接在频域用除法运算。直接在频域的除法运算在被除的信号频谱非常小的时候,容易引起非常大的信号失真,这就需要较长的估计序列及适当的频域可信门限设定,同时需要大数据量的快速傅里叶变换(FFT)运算。

本文提出基于序列和的最大似然算法估计信道的冲激响应。这一算法可适用于慢衰减信道下的TH-UWB通信系统,并且要求该系统的跳时码在传输过程中保持不变,同时冲激响应长度不大于帧长度。本方法可用于基于训练序列的信道估计或盲估计,同时便于迭代运算,适于在频域进行处理,从而大大降低了运算的复杂性;另一方面,由于序列的累加求和,提高了接收信号的信噪比,使频域失真减小,从而在合理的信号频谱可信门限设定下,可以获得类似于一般频域信道估计的性能。

1系统模型

假设UWB通信系统采用PPM调制。为简化计算,本文中考察二进制调制,但该方法也可应用于大于二进制的调制方式。发送的信号可以表示为:

undefined。 (1)

式中,bi(t)为传输第i个符号的波形,具体的表达式如下:

undefined。 (2)

式中,g(t)为超宽带脉冲信号,以M个脉冲表示一个比特信息,每个脉冲存在于一个码片间隔Tc内,具体位置由跳时码cij决定,cij的下标ij表示第i个符号的第j个脉冲,取值为0～1之间的实值;αi为二进制的信息符号,取值为0或1,并且概率相等;Δ为正常数;Ts为符号周期,这里假设Ts=MTc。此处只考察单用户的情况,把其他用户当作加性高斯白噪声(AWGN)。

为简化定义,把发射天线和接收天线的求导特性合并到脉冲的符号表达式中,得到高斯脉冲的二阶导数g(t)为[5]:

undefined。 (3)

在一个典型的系统设计中,可以假设D≈5T0为脉冲的周期。

为把每个脉冲限制在一个码片间隔内,式(1)～(3)中,cj、Δ和D满足式(4)所限定的条件:

cjTc+Δ+D≤Tc。 (4)

令h(t)表示信道的脉冲响应。则接收到的信号为:

r(t)=s(t)*h(t)wtot(t)。 (5)

式中,*为卷积运算;wtot(t)为噪声总和,为AWGN信号。

2基于序列和的信道估计

2.1信道估计算法

IEEE公布的UWB标准信道显示,由于超宽带信号波长与室内环境物体的尺寸在同一个数量级,导致室内环境中电磁波极易发生散射,产生回波,造成了UWB信道密集多径,多径信号成簇到达。因此其信道模型可设为:

undefined。 (6)

式中,L为信道多径的个数;undefined与undefined分别为衰减和时间延迟参数。根据信道响应估计的接收信号为:

undefined。 (7)

接收到的波形在间隔0≤t≤Tsum上进行观察,其中,Tsum=NTs。把各帧收到的信号叠加起来,求取各序列的和,对这个叠加后的新信号求最大似然的信道冲激响应。序列和的ML函数表达式为:

undefined。 (8)

所以,使undefined取得0值的条件是:

undefined。 (9)

当h(t)的持续时间小于Ts时,可以对式(9)进一步化简为:

undefined。 (10)

式中,rp(t)为undefined以0

undefined。 (11)

由式(11)可以看出,undefined可以在频域由除法简单地求出,由于undefined是以Ts为周期的信号,所以undefined只在undefined为整数)上有值。

2.2性能分析

假设噪声频域表现为AWGN的频域特性,应用频域信道估计方法得到的信道冲激响应可以求得频域的均方误差为[4]:

undefined。 (12)

式中,σundefined为噪声部分的方差;Nc为一个符号间隔数据的抽样个数;S(k)为相应抽样频点的幅度值。假设信号频谱均匀,则由式(12)可以看出,序列求和后,平均噪声方差降为原来的1/N。因此,均方误差也为一般频域信道估计的1/N。但由于对序列进行了求和运算,使得估计序列长度变为一个符号间隔,由噪声在频域不再表现为恒值,从而对信道估计的MSE产生较大的影响。

2.3盲估计算法

在盲信道估计时,不知道接收到的信号中所包含的信息,需要借助统计概率信息尽可能精确得到信道特性。除了信号信息未知外,盲信道估计算法与基于训练序列的信道估计前提条件相同。因此,可以从式(10)开始分析。令

undefined。 (13)

则bik(t)表示第i个比特发送了“0”或“1”中的某一符号。

式(12)的等号左边可以通过接收到的信号样本求得。由于预先知道发送“0”和“1”的概率相等,在这里假设收到的“0”与“1”数量相等,则

undefined。

可得:

undefined。 (14)

令Xb(w)为(bi0(t)+bi1(t-Δ))的傅氏变换。则有:

undefined。 (15)

此时,Xb(w)可以预先保存在接收端,通过迭代的方法得到R(w),从而实现对信道的估计。

3性能仿真

仿真中使用的估计算法均为频域信道估计,在频域信道估计中,只能取得频域的最大似然。而对于用于估计的接收信号的某一频点来说,其值越低,估计误差就越大,估计的可信度就越低,使其在向时域转化的过程中对信道的估计造成过大的危害。因此,有必要设定一个可信的门限值β,只有根据大于该门限值的频点幅度,才被采信,而小于该值的频点对应的冲激响应强度取0值。门限取值与信号波形、接收到的信号功率等有关。图1仿真了取不同的β时,使用序列和的最大似然算法下基于训练序列(DA)的信道估计和序列和的最大似然算法下的盲信道估计的均方误差。在仿真中发现,β的取值对时域MSE影响剧烈,并且β取值的效果随估计序列的长度增加而提高对信道估计的准确程度。另一方面,当取得门限值过高时,由于过多的频点取为0值,使MSE趋于稳定。从图1中可以看出,取β=0.5时,得到的信道估计更准备,并且随着取样点的增加使MSE减小。

图2、图3的仿真中给出了匹配接收情况下,4种信道估计下的误比特率。4种信道估计分别是:① 信道的冲激响应已知(CSI);② ML算法下,基于训练序列的频域信道估计;③ 基于序列和的最大似然算法下,基于训练序列(DA)的信道估计;④ 基于序列和的最大似然算法下的盲信道估计。在时不变的信道下,频域信道估计中影响估计效果的因素有2个:用于估计的信号长度N和确认接收信号频域幅度有效性的β值。仿真中取N=500,图2中,β=0.01,图3中,β=0.5。

可以看出,对训练序列直接进行频域上的最大似然估计,对N和β的敏感度不如基于序列和的频域最大似然估计。适当的门限选择,可以极大提高基于序列和的最大似然估计性能。同时可以看出,足够长的训练序列,可以在较大的门限值取值范围上获得稳定的信道估计,如图2和图3所示,得到与直接频域的信道估计类似的估计效果。

4结束语

提出一种基于序列和的ML信道估计算法,仿真证明,适当的发射序列频谱可信门限设定,可以获得与一般的频域信道估计相似的性能,并且由于序列取和后的平均噪声方差减小,也可能使信道估计性能优于一般的频域信道估计;另一方面,基于序列和的信道估计更依赖于估计序列的长度和门限值的选取。文中应用了TH-UWB通信系统,对单用户系统的性能进行了仿真。频域估计可以简化运算的复杂性;另外,本文给出了基于训练序列的信道估计方法和盲估计方法,仿真证明,在等概发送无规律符号情况下,2种方法可以取得近似的效果。

参考文献

[1]WIN MZ,SHOLTZ R A.On the Energy Capture of Ultrawide Bandwidth Signals in Dense Multipath Environments[J].IEEE Commun.Lett.,1998,2(1):245-247.

[2]LEE HJ,HA D S,LEE HS.A Frequency-domain Approach for All-digital CMOS Ultra Wideband Receivers[J].IEEE Conference on Ultra Wideband Systems and Technologies,2003(3):86-90.

[3]LOTTICI,ANDREAAD,MENGALI U.Channel Estimationfor Ultra-wideband Communications[J].IEEEJournal on Selected Areas in Communications,2002,20(9):1638-1645.

[4]SATO H,OHTSUKI T.Frequency Domain Channel Estimation and Equalisation for Direct Sequence Ultra Wideband(DS-UWB)System[J].Communications,IEE Proceedings,2006,153(1):93-98.

议超宽带无线通信技术 篇6

UWB技术最初是1960年美国作为军用雷达技术开发的, 早期主要用于雷达技术领域。该技术的发展带动了脉冲检测器等设备的开发, 而且该技术具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截获的可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。

但在随后的30多年间, UWB技术发展很缓慢, 一方面是因为军方的限制让第三方无法开发支持UWB的软件和硬件, 此外, UWB技术对其他频带带来的干扰, 也阻碍了它的发展步伐。2002年2月, FCC批准了UWB技术用于民用, 进而将UWB技术推向了市场前端。

目前的UWB技术根据底层UWB信号的实现形式不同, 可分为两大类。一类是基于窄脉冲式的冲激类UWB, 即不使用载波, 而是使用短的能量脉冲序列, 并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。这样提出的UWB设计方案称为直接序列CDMAUWB (DS-CDMAUWB) 方案。这个方案频谱利用率高, 可进行高精度定位和跟踪, 抵抗多径衰落能力强, 但频谱共享的灵活性较差, 不利于与其他窄带系统共存。

另外一类是基于调制载波扩频式的载波类UWB, 提出的设计方案叫多载波OFDMUWB (MB-OFDMUWB) 方案, 它采用OFDM技术传输子带信息, 提高了频谱的灵活性, 但易造成较高的功率峰值与均值比 (PAR) , 容易产生对其他系统的干扰, 因此解决干扰问题是该方案目前最大的难题。两种技术形成了鲜明对立的两大阵营, 使得制订面向UWB高速数据传输标准的802.15.3a工作组已经解散。

目前, 由ITU-RTG1/8工作组来负责UWB高速数据传输的全球统一标准的制订工作。

与其他无线技术相比, UWB具有以下几个技术特性。其一是高带宽、高传输速率。按照UWB的技术设计, UWB使用的带宽在1GHz以上, 高达几个GHz, 数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s, 这样的理论速度高于蓝牙100倍, 特别适合局域网或者个域网内设备之间的快速共享数据库以及传送数据。

其次是强大的抗干扰性能, UWB采用跳时扩频信号, 系统具有较大的处理增益, 在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中, 输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来, 在解扩过程中产生扩频增益。因此, 与IEEE802.11a、IEEE802.11b和蓝牙相比, 在同等码速条件下, UWB具有更强的抗干扰性。另外, 由于UWB的脉冲非常短 (0.1~1.5ns) , 频谱非常宽 (数GHz, 可超过10GHz) , 能避免多路径传输的信号干扰。

第三是低功耗, UWB系统发射功率非常小, 通信设备可以用小于1m W的发射功率实现通信, 另外, CDMA-UWB不使用载波, 只是发出瞬间脉冲电波, 也就是直接按“0”和“1”发送出去, 并且在需要时才发送脉冲电波, 大大延长了系统电源的工作时间。

二、UWB系统方案及一些技术问题

2.1单频带系统

单频带系统仅使用单一的成形脉冲进行数据传输, 其信号带宽很大, 多径分辨率很高, 抗衰落能力强。但由于信号的时间弥散严重, 接收机的复杂度较高。此外, 为解决共存性问题, 避免与带内窄带系统的干扰, 该系统采用的滤波器也是比较复杂的。其典型代表是单载波DS-CDMA。在单载波DS-CDMA方案中, 经过DS-CDMA扩频之后的信号再对载波进行调制, 从而可以在合适的频带范围内传输。传统的无载波UWB方案存在较多低频分量, 无法满足FCC规定的发射功率的限制。而单载波DS-CDMA方案通过频谱搬移解决了这一难题。

2.2多频带系统

多频带系统是指将规划UWB的整个频段划分成若干个子带。使用部分或全部子带进行数据传输。信号成形和数据调制在基带完成通过射频载波搬移到不同子带, 避开传统窄带系统使用频段。多频带系统根据调制方式分为多带脉冲无线电和多带正交频分复用两种方式。

其多址问题采用跳频技术来解决。相对于符号速率又可分为快跳和慢跳。MBOA多频带联盟提议将UWB频带分为最少三个频段。并采用正交频分复用 (OFDM) 方式将三个频段进一步分为大量的窄通道。

从技术上来讲, MBOA和DS-CDMA是无法彼此妥协的。对无线电频率管理来说, 有两个基本的原则:一是新的无线电技术不得对已有的无线电台 (系统) 造成有害干扰;二是受到干扰不得提出保护要求, 即要能忍受已有无线电台的各种干扰。DS-CA-MA因为使用整个3.1~10.6GHz频段, 包括传统无线技术使用其中的一些频率, 而MBOA使用多个频率子带可以很方便地避开这些频率。

2.3 UWB硬件系统

同传统结构相比, UWB收劫言机的结构相对简单, 图2给出了UWB发射和接收机的系统框图。在UWB收发信机中, 信息可被不同技术调制, 在接收端, 天线收集信号能量经放大后通过相关接收后处理, 再经门限检测后获得原来信息。相对于超外差式接收机来说, 实现相对简单, 没有本振、功放、PLL (锁相环) 、VCO (压控振荡器) 、混频器等, 成本低, 而且UWB接收机可全数字化实现, 采用软件无线电技术, 可动态调整数据率、功耗等。

三、UWB技术的应用

3.1 UWB在个域网中的应用

UWB可以在限定的范围内 (比如4m) 以很高的数据速率 (比如480Mbit/s) 、很低的功率 (200μW) 传输信息, 这比蓝牙好很多。蓝牙的数据速率是1Mbit/s, 功率是lm W。UWB能够提供快速的无线外设访问来传输照片、文件、视频。

因此UWB特别适合于个域网。通过UWB, 可以在家里和办公室里方便地以无线的方式将视频摄像机中的内容下载到PC中进行编辑, 然后送到TV中浏览, 轻松地以无线的方式实现个人数字助理 (PDA) 、手机与PC数据同步、装载游戏和音频/视频文件到PDA、音频文件在MP3播放器与多媒体PC之间传送等。

3.2 UWB在智能交通信息中的应用

利用UWB的定位和搜索能力, 可以制造防碰和防障碍物的雷达。装载了这种雷达的汽车会非常容易驾驶。当汽车的前方、后方、旁边有障碍物时, 该雷达会提醒司机。在停车的时候, 这种基于UWB的雷达是司机强有力的助手。利用UWB可还以建立智能交通管理系统, 这种系统应该由若干个站台装置和一些车载装置组成无线通信网, 两种装置之间通过UWB进行通信完成各种功能。

例如, 实现不停车的自动收费、汽车方的随时定位测量、道路信息和行驶建议的随时获取、站台方对移动汽车的定位搜索和速度测量等。

3.3传感器联网

利用UWB低成本、低功耗的特点, 可以将UWB用于无线传感网。在大多数的应用中, 传感器被用在特定的局域场所。传感器通过无线的方式而不是有线的方式传输数据将特别方便。

作为无线传感网的通信技术, 它必须是低成本的;同时它应该是低功耗的, 以免频繁地更换电池。UWB是无线传感网通信技术的最合适候选者。

四、结语

尽管目前UWB的发展中存在着频率管制、标准化等难题, 也还必须面对其他无线技术的竞争, 但是可以预见, 随着无线多媒体应用越来越普及, UWB将在消费电子领域、通信领域获得大规模应用。物理层方案虽然没有融合的迹象, 但是双方都没有放弃产业化的脚步, 谁最终占领市场, 谁将成为事实标准, 这都预示着UWB技术的前景将非常广泛。

摘要：超宽带 (UWB) 无线通信技术是近年来备受关注的一种高速、低功耗的无线通信技术, 在简单介绍超宽带无线通信的概念基础上, 着重分析了超宽带无线通信的特点和应用。

关键词：超宽带,无线通信,技术特点

参考文献

超宽带无线通信相关技术浅析 篇7

超宽带无线通信技术是一项发展潜力巨大的新兴通信技术, 近年来取得了快速发展, 使得其技术日益成熟, 在无线通信领域得到广泛的应用, 并在未来高速信息网络的发展中扮演着十分重要的角色。

二、超宽带无线通信技术的概述

超宽带无线通信技术是指相对带宽不小于0.2或绝对带宽不小于500MHz, 并在指定的3.1 GHz~10.6 GHz专门频段使用的通信方式 (民用领域) 。和我们常见的传统无线通信技术不同, 其信号传输具有很宽的信道带宽。超宽带无线通信技术利用持续时间极短时间的脉冲信号 (几十皮秒到几纳秒) 携带比特信息, 通过改变脉冲信号的振幅或持续时间等来实现信息传输, 其最大数据传输速率可达到每秒数百兆。

三、超宽带无线通信技术的特点

超宽带无线通信技术将无线局域网和个人局域网的接入技术实现无线通信技术的低功耗和高带宽, 具有共存性好、传输速率高、传输距离较短的特点。

1、共存性特点。

由于超宽带传输技术具有低功率谱密度的特点, 从理论上而言, 超宽带信号所产生的干扰仅仅相当于宽带白噪声。这样有助于超宽带与现有窄带通信之间的良好共存, 即超宽带技术的共存性, 对于提高无线频谱的利用率具有很大的意义。

2、发射功率比较低。

超宽带无线通信技术信号工作流程简单, 使用基带传输而无需射频调制解调, 因此其发射功率低, 设备功耗小, 使其更适合于便携型无线通信的使用。超宽带无线通信系统由于其发射功率低, 可通过传输功率控制来解决信号的扩频需要增益问题, 从而使用低增益的全向天线有效实现远程通信。

3、传输速率高, 抗干扰能力强。

超宽带无线通信技术使用上千兆赫兹的宽频带, 即使发送信号功率谱密度很低, 仍然可保证较高的信息传输速率, 其传输速率能够达到每秒数百兆, 远高于蓝牙的传输速度。与蓝牙技术相比, 超宽带无线传输信号可以在接收端有效地恢复信号, 扩大增益, 因此超宽带技术能够适应各种频带宽度, 抵抗各个频率段信号的干扰, 具有更强的抗干扰性。

4、通信距离较短。

超宽带无线通信信号传输受距离的影响, 高频信号强度的衰减很快, 传输距离将被缩短, 因此超宽带无线通信技术适用于短距离间的通信。

四、超宽带无线通信技术的应用

由于超宽带无线通信的信道带宽非常宽, 能够和整个频谱共同进行使用, 也可与其他通信系统共存。因此, 超宽带无线通信技术能够在许多领域得到应用, 如个域网、智能交通系统、无线传感器网络等。随着“数字化家庭”或“数字家庭网络”的概念越来越普及, 人们通过无线通信网络将消费者的家用电器和电子产品进行有效的连接, 实现这些设备之间信息的传递和交换。数字办公室采用无线应用程序的方式, 而不是传统的有线连接, 这样就能够使得办公环境更加方便和灵活。早期蓝牙技术使得一些无线设备成为可能, 但是由于传输速率过低, 只能用于一些计算机的外围设备和主机的连接。超宽带无线通信技术可以实现主机和显示器、摄像头、会议设备、无线终端设备之间的互联, 从而实现各个设备间的信号传输。超宽带无线通信技术能够在各种场所使便携设备实现设备之间的互联, 并且具有很好的传输速率和抗干扰能力, 便于数据的传输。由于超宽带无线通信技术可以提供相当于计算机总线的传输速率, 使得个人终端可以从互联网或局域网即时下载大量数据, 还能将大量的数据存储在网络服务器的存储空间而不是个人终端中, 这样就能够实现云储存。携带具有超宽带无线功能的小型终端, 在任何地方都能够访问本地超宽带网络, 使用当地的设备在任何时候都能够控制自己的多媒体电脑。可以看出, 超宽带无线通信技术可以实现不同设备间的数据无线连接, 不再使用复杂的信号线对设备进行连接, 使得安装操作变得更加简便。

五、结论

超宽带无线通信技术和现有其他的无线通信技术相比, 具有很好的传输质量, 而且其功耗较低, 这样就可以更好的满足移动设备间的通信需求。此外, 超宽带无线通信信号还具有功率谱密度低、传输速率高、安全性能好的特点, 具有广泛的应用前景。随着超宽带无线通信技术的不断发展, 超宽带无线通讯技术必定能够为社会带来更大的便利。

参考文献

[1]赵丽丽, 王莉, 苏丽娜, 鞠晓洁.浅谈超宽带无线通信技术的发展[J].数字技术与应用, 2011 (03) .

[2]杨志红, 周娟.超宽带无线通信技术[J].科技信息, 2009 (09) .

[3]安佳雯.超宽带无线通信技术发展探析[J].硅谷, 2013 (21) .

超宽带无线通信技术及应用 篇8

关键词：超宽带无线通信技术,无线个人局域网,多址技术

0 引言

2002年2月,美国联邦通信委员会(FCC)批准限用于军用雷达的超宽带(UWB)技术可运用于民用产品上,同年4月,批准将3.1 GHz和10.6 GHz之间的免授权频段分配给UWB使用。自此,此项技术开始引起业界广泛关注。UWB在公共安全、军事效能、航空安全、医疗应用以及消费类产品与服务等诸多领域具有独特的应用价值和广阔的市场前景。

1 UWB技术

超宽带(UWB,Ultra-Wideband)的核心是冲击无线电技术,即用持续时间非常短(亚纳秒级)的脉冲波形来代替传统传输系统的持续波形。从经傅里叶变换之后的特性来看,信号所占的带宽远远大于信息本身的带宽。美国FCC对于UWB的定义为:

undefined。 (1)

其中:fH、fL分别为功率较峰值功率下降10 dB时所对应的高端频率和低端频率;fc为载波频率或中心频率。

FCC规定UWB工作频谱位于3.1 GHz～10.6 GHz。如图1所示, UWB与其他技术的产品存在同频和邻频干扰问题。为了降低UWB设备对处于上述频段的其他设备的干扰,必须对UWB设备的发射功率进行限制。UWB信号发射的功率谱密度级可达-41.3 dBm/MHz。图2为FCC条例第15部分所规定使用的频谱限界。图2中分为室内使用和室外使用两部分,其中的主要区别是:室外的带外部分具有较高的功率衰落程度,其目的就是要保护现有频段或相邻频段及其他设备免遭UWB信号较强的同频干扰。

2 UWB接收机关键技术

超宽带的信号传输受到大尺度路径损耗、阴影效应、小尺度多径衰落等因素的影响,因此,到达接收机的信号波形存在严重的失真;同时,信号还可能受到多址干扰、窄带干扰和背景噪声的影响。因此,UWB的研究与开发需要解决如下关键技术:接收机技术、同步技术和信道估计。

2.1 Rake接收机

当信道为频率选择性衰落信道时,对于发信号的宽带特性,收信号r(t)具有内在的多径分集。在此情况下,Rake接收机可利用分集技术,从可分辨的多径信号中构筑合并的脉冲波形,以提高传输特性。

Rake 接收机的结构框图如图3所示。

2.2 定时同步技术

目前UWB系统的定时同步方法分为两大类:①数据辅助的定时同步,该方法借助于事先设计的导符号训练序列进行定时捕获和跟踪,采用的训练序列有M序列、Gold序列、巴克码等,这类同步方法的优点是捕获速度快、跟踪精度高,但在系统带宽效率和功率效率上付出的代价较大;②盲定时同步(Non-data Aided),该方法借助于超宽带信号内在的循环平稳特征进行定时捕获和跟踪,不使用任何预知的训练符号,这种方法在系统带宽效率上高于数据辅助的同步方法,但捕获速度和同步性能有所下降,盲同步方法结合串行搜索比较适合于低成本、低功耗的低速网络。

2.3 信道估计技术

信道估计问题是UWB接收技术中的关键问题之一。在基于脉冲的UWB系统中,采用Rake接收机合并多径信号能量并进行相干检测,信道估计问题即估计多径信号的到达时间和幅度。在基于OFDM的UWB系统中,接收机根据信道频域响应对每个子信道进行频域均衡后进行相干检测,信道估计问题即估计信道频域响应。

根据利用的先验信息分类,现有的信道估计方法分为:①数据辅助(Data-aided)的信道估计,这种方法利用已知的训练符号进行信道估计,具有估计速度快的特点,但其频谱利用率和功率利用率受到了一定影响;②盲(Blind)信道估计,这种方法不需要训练符号,而是利用信号自身的结构特点或数据信息内在的统计特征进行信道估计,其缺点是计算复杂度高、收敛速度慢。

3 UWB技术的应用

高速WPAN的主要目标是解决个人空间内各种办公设备及消费类电子产品之间的无线连接,以实现信息的快速交换、处理、存储等。

(1) 在家庭应用方面,随着技术的不断进步,家用电器范畴的不断扩大,利用UWB技术为这些设备提供高速无线连接,使各种设备在小范围内组成自组织式网络,相互传送多媒体数据,并可以通过安装在家中的宽带网关接入英特网。

(2) 在办公室,办公桌上的个人电脑与各种外设之间通过错综复杂的线路相互连接。如果采用UWB技术将它们以无线的方式连接起来,则将改善线路连接情况,且这些设备可以在房间内自由地移动位置,当然这类应用一般只需要支持2 m～4 m的传输距离,但速率要求可以从几万比特至几百兆比特每秒。

(3) UWB技术还可应用于会议室等场所。参会人员坐在会议室中,能够利用自己的便携式电脑组建临时性的自组织网络,既可以共享演示文档,也可以共享投影仪和打印机等设备。

目前很多关于IEEE802.15的研究都集中于高速数据的传输。但是在生活中,我们并不总是随时随地需要高速的数据传输,比如对冰箱、微波炉、电灯、通风系统、热水器等家用电器进行控制所需要的控制信息就很简单。在家庭应用中,可以应用LR-WPAN组成家庭电器控制网络,通过中心控制器将各个电器、开关、通风系统和插座组网,实现家庭智能控制的功能。

4 UWB的不足与改进

单频段单脉冲方式不能很好地满足美国联邦通信委员会(FCC)制定的关于民用UWB产品的技术规范,主要存在以下两个问题:①频谱不能充分利用所规定的矩形部分,由于商用超宽带设备是一个功率受限的系统,故这个问题将会影响到它的覆盖范围;②由于超宽带系统占据广阔的频率范围,其中包括蜂窝电话、蓝牙、卫星等传统无线通信系统的频段,为了避免相互干扰,在单脉冲单频段超宽带系统中需要在发射端和接收端均增加滤波器,以避免超宽带系统对传统无线系统的影响。

多频带脉冲调制方式是一种改进的超宽带调制方式。该调制方式第一次出现在Intel公司于2003年3月向IEEE802.15.3任务组提交的高速WPAN物理层方案中。Intel递交的这份方案的特点有:把可用的频带划分为多个子带,每个子带的带宽大于500 MHz;系统可以根据数据速率、干扰、当地频谱规定等等因素选择部分或者全部子带进行传输;还能以合适的调制方式使用多个子带。

5 UWB的开发及发展前景

5.1 超宽带天线的发展

超宽带的关键技术之一是天线设计。根据天线传输理论,不同频率的电磁波有效发射的天线尺寸和波长有关,由于超宽带信号占据极宽的频带,就必须考虑兼顾不同频率的信号,对天线的设计不能采用窄带通信的天线设计理论。

超宽带系统的天线在极宽的频带上很难一直都有很好的匹配阻抗。天线的发射效率和发射图案对发射的脉冲具有空间和时间的滤波作用。对于超宽带信号的不同频率分量,超宽带天线的辐射特性是不一样的。在考虑信道模型的时候必须考虑天线的影响,所以在工业界也曾有一种用天线的特性来定义超宽带的建议,就是因为天线设计是关系到整个超宽带系统性能的一个关键技术步骤。

5.2 超宽带芯片设计

超宽带技术的优点之一是结构简单,超宽带接收机可以用几个芯片,甚至单个芯片实现。目前很多公司在进行超宽带芯片的设计,比较著名的有飞思卡尔(Freescale)公司、Time Dpmain公司等。这些公司在超宽带技术的开发方面走在了前列,他们开发的芯片有些已经在军事和政府部门得到应用。其中飞思卡尔半导体公司在802.15.3a芯片的开发中领先。到目前为止,飞思卡尔是唯一一家为无线连接应用提供商用化UWB方案的半导体制造商。飞思卡尔的芯片组XS110于2002年2月获得FCC原有UWB规则认证,该芯片使用DS-UWB方案,每秒的数据传输率可达110 Mbit,可在10 m的范围内进行多条高清晰度视频流传输。

5.3 超宽带商用产品开发

2005年1月,在美国拉斯维加斯举行的消费电子展(CES)上,众多超宽带(UWB)制造商和开发商纷纷登台亮相,展示了他们生产的各种原型机及其产品设计。其中,飞思卡尔半导体(Freescale Semiconductor)展出了一款由其前母公司摩托罗拉设计的具备UWB功能的手机,这种手机能连接便携式电脑,可从互联网上下载MP3文件或手机所拍的照片。该公司是UWB直接序列(DS,Direct Sequence)版本的主要支持者,其芯片还在其他产品上得到应用,如海尔公司具备UWB功能的高清电视(HDTV)以及三星与Intellon展出的混合无线网络。飞思卡尔的DS-UWB解决方案可广泛应用于不同的无线产品之上,目前已销售给全球的原始设备制造商(OEM)客户,并已为多家公司及厂商所采用。目前飞思卡尔的XS110已经可提供高达110 Mb/s的速度传输,而不久推出的新品的传输速度将可达到660 Mb/s。

参考文献

[1]方旭明,何蓉.短距离无线与移动通信网络[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[2]王金龙.无线超宽带(UWB)通信原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[3]邹卫霞,周正,张春青.UWB的调制与多址技术[J].济南大学学报,2004,18(4):319-321.

[4]王德强,李长青,乐光新.超宽带无线通信技术[J].中兴通信技术,2005(5):54-56.

[5]樊昌信.通信原理[M].第6版.北京:国防工业出版社,2009.

[6]吴大正.信号与线性系统分析[M].第4版.北京:高等教育出版社,2005.

超宽带无线在通信技术领域的应用 篇9

关键词：超宽带无线,通信技术,无载波脉冲

由于移动通信与计算机互联网的巨大发展, 无线网络已成为移动通信技术与计算机互联网结合的必然产物, 是人们实现随时随刻自由传递信息的主要方式。无线网络与有线网络比较, 最大的特点是实现了无线连接, 所以, 利用有限的频谱资源传输更多的信息是人们对信息传输容量与质量日益增长需求和无线通信技术的发展的要求, 与此同时超宽带技术也引起了人们的注意, 已逐步成为无线通信领域研究、开发的一个新热点。

1 超宽带无线通信的概念

超宽带无线通信 (U ltra W ide B and, U W B) 技术, 是一种出现于上世纪末的新型无线通信技术, 该技术的发展潜能极大, 其能够给无线局域网LA N与个人局域网PA N的接入技术与接口卡, 带来高带宽、低功耗的无线通信技术。所谓的无线通信, 指的就是一种通过电磁波信号在自由的空间中传送的功能, 来达到信息互换的通信手段, 近年来信息通信领域中, 应用最广、发展最快的就是无线通信技术。超宽带 (U W B) 通信系统主要指的是运用脉冲作为信息载体进而实现的一种通信方式, 与传统的基于载波的通信系统比较, 超宽带系统将信息承载于低占空比的基带脉冲之中, 其系统中不存在传统意义上的载波。

2 超宽带技术特点

超宽带无线通信系统与常规的通信系统具有着本质上的区别, 作为一种特殊的无线通信技术, U W B将是能够给无线局域网LA N与个人局域网PA N的接入技术与接口卡带来高带宽、低功耗的一种无线通信技术。超宽带技术的特点主要表现为:

1) 强大的抗干扰功能。在发射U W B信号的过程中, 把极弱的无线电脉冲信号分别散发到频带上, 而这时该设备的噪音与一般的设备相比, 更小。这主要是由于接收器可以还原已经接受到的信号能量, 而在对其实施解扩的过程中出现扩频增益, 所以, 和蓝牙等设备相比较, 在码速相等的情况下, U W B抗外界干扰的功能更为强大。

2) 传输速率高。U W B的数据速率很高, 其能最低能够达到几十兆比特/秒, 最快能够达到几百兆比特、秒, 与蓝牙相比, U W B的数据速率将能够达到蓝牙的100倍, 与IEEE 802.11a与IEEE 802.11b相比, 其速率也较高。

3) 带宽非常宽。U W B所应用的带宽大于1G赫兹, 甚至达到了几吉赫兹, 而且它还能够与现代的窄带通信系统在同一时间内共同运作, 两者之间不会发生干扰。现今的频率资源是非常的紧缺的, 处于一种供不应求的状态, U W B运用是全新的时域无线电资源的创新。

4) 频谱使用频率高, 系统容量大。由于其不要求使用正弦载波信号, 在此期间不需要通过其它的过程, 就能把冲激序列发射出现, 所以, U W B系统具备十分宽广的频谱, 比较低的功率, 其运行能够很高的与其他系统共同工作, 不产生排除与干扰, 以提声频谱使用效率。

5) 发射功率低。因为U W B系统信号的扩频效果十分优良, 所以使用较低效率的全向天线, 就能够达到用不高于1m W的发射功率, 实现上千米的通信效果。

6) 保密性优良。U W B保密性体现在两点, 具体为:a.通过跳时扩频, 信号接收器在拥有已有发送端扩频码的情况下, 可以解开信号发射所要传播的数据;b.是U W B系统信号的发射功率谱密度相当的低, 使用老式的接收机不能够对发生出的信息进行接收。

3 在通信技术领域中超宽带无线的具体应用

因为U W B通信所采用的带宽十分的宽, 这就相当于一个完整频谱的运用, 而且其可以和其它应用同时存在, 所以, 在通信技术的应用领域内, U W B的使用范围极为广泛, 例如在个域网、无线传感网、智能交通系统、成像等当中, 都能够使用U W B。

3.1 个域网中UWB的应用

U W B能够在既定的范畴内以较高的数据速率、较低的功率来传递信息, 这显著优于蓝牙, U W B可以为用户供应速度极快的无线外设访问功能, 使用户能够快速的进行视音频与文件的传输, 所以, 在个域网内应用U W B是极为适合的。例如, 利用U W B, 就能够在家中或办公室中, 通过无线的手段将视频摄像机中的内容转移到个人电脑内, 然后将编辑好的视频传送至电视, 供家人与亲友浏览;通过U W B能够以极快的速度实现不同设备之间数据的转换, 例如电脑与手机之间数据的传送、音频在M P3和电脑之间的转移等等。

3.2 无线传感网中UWB的应用

因U W B拥有功耗小和成本低等优势, 所以, 在无线传感网中能够运用U W B技术。在诸多的应用内, 传感器一般是运用在一些较为特殊的地方。通常情况下, 传感器所采用的并非是有线传送信息的手段, 而是采取无线传送的方式。应用于无线传感网内的通信技术, 必须满足两个要求, 即功耗小和成本低。由此可见, 在选择无线传感网通信技术时, 最为理想的方案无疑就是U W B技术。

3.3 智能交通信息中UWB的应用

由于U W B具备搜索、定位的功能, 因此可以利用该技术制造一种雷达, 以用其来达到防障碍物、防碰的目的。而将这种雷达安装在汽车上, 那么就能够实现避免汽车与其它障碍物碰撞的效果。这样的话, 驾驶汽车起来也将十分轻松, 当汽车的四周出现障碍物时, 雷达就会发出警报, 告知司机;另外, 在停车时, 该设备就是司机最好的助手。同时, 利用U W B也能构建智能交通管理系统, 其是由一些车载装置、数个站台装置所形成的无线通信网, 其中, 利用U W B就能够实现两种装置通信的目的。比如站台方对移动汽车的定位搜索、速度测量等。

3.4 UWB的成像应用

U W B拥有一定的楼层作用与穿透墙作用, 所以, 在成像系统当中同样可以使用U W B技术。通过U W B能够制造出各种雷达, 例如穿墙雷达。以穿墙雷达为例, 可以将这种设备使用在警察的防暴活动亦或者是战场当中, 对一些敌人的位置加以定位;又如地面穿透雷达, 在矿产的勘测过程中, 人们就能够采用这种设备来寻找矿产的具体位置, 亦或者是用这种设备来寻找由于各种灾难而被掩埋的人员。

4 结语

综上, 与传统的无线通信技术相比较, 超宽带无线通信技术可以实现的速率远远超过传统的无线通信技术, 另外, 超宽带无线通信的功耗较低, 其信号的功率谱密度也非常低, 安全性良好, 可以更好地满足现代移动设备的需求, 笔者相信U W B技术具有广阔的应用前景, 将会为社会带来更大的便利。

参考文献

[1]贺鹏飞, 吕英华, 张洪欣.基于Chirp-BOK调制的超宽带无线通信系统研究[J].南京邮电大学学报, 2010.

[2]张文杰, 王艳芬.Chirp-UWB无线通信技术在煤矿井下的应用研究[J].工矿自动化, 2011.