超宽带技术
超宽带无线通信技术课件
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。
脉冲波形
➢ 高斯脉冲微分，升余弦、Herimite(厄密特)脉冲等。
高斯函数脉冲
高斯脉冲宽度 和频域带宽取 决于参数α, α的值越大， 高斯脉冲越宽， 相应的频域带 宽就越小
p(t)
1
2 2
e
t2 2
2
2 e
2
t
2
2
高斯脉冲二阶导
w2 (t)
4 2
e
2 t 2
2
1
4 t 2
2
高斯脉冲各阶导数
原始的发送信息。
（a）发射部分
在发射端，欲传输的基带信
号与一个码片速率很高的伪
随机码进行时域相乘，其输 d(t)
出为一个频谱带宽被扩展的
扩频码流，然后将此扩频码
流变换为射频信号发射出去。c(t)
在接收端，射频信号经过变
频后输出中频信号，它与本 d(t)*c(t)
地的伪随机码进行时域相乘，
UWB超宽带
UWB超宽带什么是UWB超宽带？UWB（Ultra-WideBand）超宽带是一种通过在超宽频带范围内传输数据的无线通信技术。
它基于短脉冲信号，能够在极短的时间内传输大量数据。
UWB超宽带技术在无线通信领域具有广泛应用，包括室内定位、物体追踪、雷达和无线传感器网络等。
UWB超宽带的特点1.宽频带范围： UWB超宽带技术的一项主要特点是其宽频带范围。
通常，UWB的频带范围从几百兆赫兹（MHz）到几千兆赫兹（GHz），因此能够支持高速数据传输和较长的传输距离。
2.低功率： UWB超宽带技术在传输数据时使用低功率，这使得它可以在不干扰其他无线设备的情况下工作。
3.高精度定位： UWB超宽带技术可以实现高精度的室内定位。
由于UWB信号能够穿透墙壁和障碍物，因此可以在室内环境中实现准确的物体定位。
4.抗多径干扰：多径干扰是指由于信号在传播过程中碰撞、反射和折射等原因导致信号传输路径的多样性。
UWB超宽带技术通过使用信号的多径特性来抵消多径干扰，提高信号传输的可靠性。
UWB超宽带的应用1. 室内定位UWB超宽带技术在室内定位方面具有特殊优势。
通过将UWB设备部署在建筑物内部，可以实现对人员和物体的高精度定位。
这在商场、医院和仓库等场所可以提供实时的位置信息，便于管理和安全监控。
2. 物体追踪利用UWB超宽带技术，可以实现对物体的追踪。
通过将UWB标签附着在物体上，可以准确追踪其位置和运动轨迹。
这在物流管理、仓库管理和供应链领域具有广泛应用。
3. 雷达应用UWB超宽带技术在雷达领域也得到了广泛应用。
与传统雷达相比，UWB雷达具有更高的分辨率和更好的目标检测能力。
它可以在不同的天气和环境条件下提供高质量的目标识别和跟踪。
4. 无线传感器网络UWB超宽带技术在无线传感器网络中起到重要作用。
通过使用UWB传感器，可以实现对环境参数（如温度、湿度和压力等）进行高精度和实时的测量。
这在工业自动化、环境监测和智能家居等领域有着广泛的应用前景。
超宽带技术概述
超宽带（UWB）技术一、UWB技术简介UWB(Ultra Wide Band)是一种短距离的无线通信方式。
其传输距离通常在10m以内，使用1GHz以上带宽，通信速度可以达到几百Mbit/s以上。
UWB不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此，其所占的频谱范围很宽，适用于高速、近距离的无线个人通信。
美国联邦通讯委员会(FCC)规定，UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工作频宽为500MHz。
超宽带传输技术和传统的窄带、宽带传输技术的区别主要有如下两方面：一个是传输带宽，另一个是是否采用载波方式。
从传输带宽看，按照FCC的定义：信号带宽大于1.5G或者信号带宽与中心频率之比大于25％的为超宽带。
超宽带传输技术直接使用基带传输。
其传输方式是直接发送脉冲无线电信号，每秒可以发送数1O亿个脉冲。
然而，这些脉冲的频域非常宽，可覆盖数Hz～数GHz。
由于UWB发射的载波功率比较小，频率范围很广，所以，UWB对传统的无线电波影响相当小。
UWB的技术特点显示出其具有传统窄带和宽带技术不可比拟的优势。
二、UWB技术的发展历程现代意义上的超宽带UWB 数据传输技术，又称脉冲无线电( IR ， Impulse Radio) 技术，出现于1960年，当时主要研究受时域脉冲响应控制的微波网络的瞬态动作。
通过Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究， UWB 技术在70 年代获得了重要的发展，其中多数集中在雷达系统应用中，包括探地雷达系统。
到80 年代后期，该技术开始被称为"无载波"无线电，或脉冲无线电。
美国国防部在1989 年首次使用了"超带宽"这一术语。
为了研究UWB在民用领域使用的可行性，自1998 年起，美国联邦通信委员会( FCC) 对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题开始广泛征求业界意见，在有美国军方和航空界等众多不同意见的情况下，FCC 仍开放了UWB 技术在短距离无线通信领域的应用许可。
超宽带天线 (2)
超宽带天线1. 引言超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术是一种基于大带宽无线传输的技术，可以实现高速数据传输、精确定位以及物联网应用等多种功能。
而超宽带天线作为UWB系统中至关重要的组成部分，其设计和性能对系统的整体性能有着重要影响。
本文将详细介绍超宽带天线的概念、设计原则以及常见的超宽带天线类型。
2. 超宽带天线概述超宽带天线是一种能够在超宽带频段内工作的天线。
它能够传输大量的数据，且具备透过墙体和障碍物传输数据的能力，因此在无线通信、雷达系统、物联网等领域有着广泛应用。
与传统窄带天线不同，超宽带天线具备以下特点：•带宽宽广：超宽带天线的工作频率范围通常达到几百兆赫兹到几十吉赫兹，因此能够传输更多的信息。
•抗干扰能力强：超宽带技术采用短脉冲信号传输，在频域内具有较好的抗多径干扰能力。
•精确定位能力：超宽带信号能够提供高精度的时延测量，从而实现精确定位功能。
3. 超宽带天线设计原则3.1 带宽匹配超宽带天线的设计需要考虑到其工作频率范围的宽广性。
天线的输入阻抗和辐射模式应当在整个超宽带频段内保持稳定，以保证信号的传输质量和距离。
在设计过程中，可以采用多种技术手段来改善带宽匹配，如使用宽带阻抗转换器、多振子设计等。
3.2 辐射效率超宽带天线的辐射效率对系统性能至关重要。
辐射效率高意味着更好的信号传输质量和更远的传输距离。
辐射效率的提高可以通过合理的设计天线结构、优化天线材料以及减小辐射功率损耗等方式来实现。
3.3 多频段覆盖超宽带天线不仅要满足带宽宽广的要求，还需要能够在不同频段内工作。
因此，设计超宽带天线时需要考虑多频段覆盖的需求。
可以采用多种技术手段，如使用多振子结构、配置可调谐元件等来实现多频段覆盖。
4. 常见的超宽带天线类型4.1 偶极天线偶极天线是最常见的超宽带天线类型之一。
它由两个电极构成，能够在多个频段内较好地匹配和辐射。
偶极天线具有简单的结构和方便的制造工艺，因此被广泛应用于超宽带通信系统中。
什么是超宽带
什么是超宽带推荐文章如何解除网络宽带限制热度：如何解决家里宽带IP变成内网地址热度：电脑开机后宽带连接很慢怎么解决热度： win10怎么解除宽带限制热度：光纤宽带怎么修改密码热度：超宽带(Ultra-wideband，简称UWB)是一种具备低耗电与高速传输的无线个人局域网络通讯技术，适合需要高质量服务的无线通信应用，可以用在无线个人局域网络(WPAN)、家庭网络连接和短距离雷达等领域。
它不采用连续的正弦波(sine waves)，而是利用脉冲讯号来传送。
下面店铺与大家分享一下什么是超宽带。
什么是超宽带UWB技术是一种新型的无线通信技术。
它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。
超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。
UWB的优点与其他无线通信技术相比,UWB具有许多优点。
表1将UWB技术与其他无线局域网技术进行了比较。
UWB技术的特点有：传输速率高、系统容量大、抗多径能力强、功耗低、成本低。
UWB通过改变脉冲的幅度、间距或者持续时间来传递信息。
与窄带收发信机和蓝牙收发信机相比,UWB不需要产生正弦载波信号, 可以直接发射冲激脉冲序列,因而具有很宽的频谱和很低的平均功率,有利于与其他系统共存,提高频谱利用率。
UWB不需要正弦波调制和上、下变频,也不需要本地振荡器、功放和混频器等,因此体积小,系统的结构比较简单。
UWB信号的处理也比较简单,只需使用很少的射频或微波器件,射频设计简单,系统的频率自适应能力强。
可以将脉冲发射机和接收机前端集成到一个芯片上,再加上时间基和控制器,就可以构成一部UWB通信设备。
因此,它的成本可以大大降低。
由于UWB信号采用了跳时扩频,其射频带宽可以达到1GHz以上,它的发射功率谱密度很低,信号隐蔽在环境噪声和其他信号之中,用传统的接收机无法接收和识别,必须采用与发端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调,因此增加了系统的安全性。
UWB(超宽带Ultra Wide Band)定位技术优劣势及成本比较
UWB（超宽带Ultra Wide Band）定位技术优劣势及成本比较目录一、UWB定位技术优劣势分析 (2)1. UWB定位技术原理介绍 (2)2. UWB定位算法： (2)3. UWB定位技术的优劣势 (3)4. UWB定位技术的应用场景 (5)5. UWB定位系统前景展望 (8)二、RFID定位和UWB定位的成本比较分析 (8)三、UWB定位和蓝牙定位的成本对比分析 (10)四、WIFI定位和UWB定位的成本分析对比 (11)一、UWB定位技术优劣势分析1.UWB定位技术原理介绍超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。
UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。
2.UWB定位算法：目前无线定位技术是指，即定位算法目前最常用的用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法主要有：时差定位技术、信号到达角度测量（AON）技术、到达时间定位（TOA）和到达时间差定位（TDON）等。
其中，TDO1技术是目前最为流行的一种方案，除了用于CSM系统，在其他诸如AMPS和CDMA系统中也广泛应用，UJWB定位采用的也是这种技术。
目前UWB定位系统也可以提供3D 定位功能，此定位系统采用TDOA 和NOA 两种定位算法，已达到3D）定位的效果系统构成：接下来以UJWB 精确定位系统为例介绍：Ubisense UJWB精确定位系统包含三个组成部分：传感器sensor、有源定位标签tag和定位平台iTocateTRM，在该系统中，定位标签tag利用UWB脉冲信号发射出位置信息给传感器sensor，传感器接受到信号后采用TDOA和\OA定位算法对标签位置进行分析，最终通过有线以太网传输到iT ocate服务器。
超宽带技术(UWB)概述
B10dB fH fL
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（Fractional Bandwidth）
( fH fL ) 2 (2.8 1.2) 2
fL 1.2 GHz fH 2.8 GHz
窄带
相对带宽
fH fL ( fH fL )
2
2.8 1.2 (2.8 1.2)
100% 80% 2
宽带 UWB
相对带宽<1% 1%<相对带宽<20%
相对带宽>20%
UWB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）
超宽带技术(UWB)概述
超宽带技术概述 Ultra-W i d e b a n d ,
UWB
单位频带
发射功率
窄带
宽带
超宽带 频率
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 Impulse Radio ；
• 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；
–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Spark Gap无线 电通信技术，主要用来传送摩尔斯电码。
第二章超宽带实现技术IR-UWB
扩频调制如果是载波调制，分为相移键控PSK和频 移键控FSK。相移键控对应的扩频即是直接序列扩 频；频移键控对应的即是跳频扩频。
扩频调制如果是脉冲调制，采用脉位调制PPM的即 是跳时扩频，采用二相调制BPM的即是直接序列扩 频。
BPSK直接序列扩频系统： 数据
信道编码
PN码
采用模2加法
数据 信道编码
a2 ) N0
)
Pe Q(
2Eb ) N0
比OOK有3dB的优势
脉冲位置调制（PPM）
典型的2-PPM：当调制数据为“0”的时候，脉冲位置不 变，脉冲间隔仍然是脉冲周期；当调制数据为“1”的时 候，出现一个偏移。
s t p(t kTf bk p ) k
功率密度
2
S( f ) 1 2Tf
What is the impulse radio?
Impulse radio——信息调制到脉冲上发送出去， 不是调制载波。
脉冲无线电的系统结构
数 据
差错控 制编码
调制
脉冲发 生器
Impulse radio涉及到的技术
✓脉冲调制技术 ✓极窄脉冲的产生
解调
解码
数 据
2.1 脉冲调制方式
脉冲调制方式从携带的信息来看，可以分为
数据信息调制后还要多址调制，所以两者通常一 起研究设计。
Impulse Radio中的多址调制
以前我们了解的有SDMA、TDMA、FDMA、 CDMA
在宽带、超宽带通信系统中，多址方式通常是和 扩频技术相结合的。
IR-UWB现有的扩频方式
✓ 跳时扩频（TH，Time Hopping） ✓ 直接序列扩频（DS，Direct Sequence Spread）
超宽带通信技术的原理及应用
超宽带通信技术的原理及应用超宽带通信技术是近年来备受关注的一个新兴领域，其在宽带信号传输、雷达成像、人体检测等领域具有广泛应用。
本文将就超宽带通信技术的原理和应用做一简要介绍。
超宽带通信技术的原理超宽带(UWB)是一种新型通信技术，其发送信号的带宽占总带宽的很大一部分。
它采用较短的脉冲持续时间和高峰值功率的脉冲信号进行通信。
UWB系统在发送端以非常高的速率发送序列信号，接收端对这些信号进行解码，就能得到准确的通信信息。
超宽带信号主要基于时间域的传输，并且有较强的穿透性和抗干扰性。
它的频谱分布非常宽，采用了大量的频率资源，这样可以减少信号在传输过程中的主要障碍。
此外，UWB技术可以在很短的时间内传输大量信息，而且不容易受到干扰，提高了通信的效率和质量。
超宽带通信技术的应用随着社会的不断发展，各行各业都对超宽带通信技术有了更多的应用。
下面将对其主要应用进行介绍。
1.宽带信号传输：广播电视和互联网是超宽带技术的主要应用之一，尤其是在实时视频传输、视频会议和流媒体通信方面，可以完全满足传输带宽的需求。
2.无线雷达：超宽带雷达具有高分辨率和低功率消耗的特点，而且不需要大型的天线系统，所以在军事和民用雷达系统中有着广泛的应用。
3.人体检测：超宽带技术在医疗设备和消防安全方面应用也非常广泛。
在行人定位、人体成像、无线监护设备和自适应消防系统的检测方面，超宽带技术可以实现非常准确和高效的检测。
4.车联网：超宽带技术在车联网中发挥着越来越重要的作用。
它可以轻松地传输大量的车辆信息，可以对车速、加速度和车辆位置等信息进行实时监测和传输。
总结随着技术的不断发展，超宽带技术在各个领域都有广泛的应用。
它不仅可以在高速和大容量的信息传输方面发挥作用，还可以在其他领域实现高效快速的数据传输和检测。
超宽带技术的发展将会更加成熟，它给我们的生活带来无限便利和惬意。
通信电子中的超宽带技术
通信电子中的超宽带技术超宽带技术是指用于传输和接收数据的一种无线通信技术。
它的运作原理是通过一种高频率的电磁信号来传输数据。
这种频率通常在几百兆赫兹或更高，在数据传输方面，其速度相当高。
超宽带技术可以应用于众多的领域，如汽车电子、电视、无线网络和GPS等。
在通信电子中，超宽带技术有很多优点，其中之一是其宽带性。
超宽带技术具有超高的频带宽度，这就意味着它可以在非常短的时间内传输大量的数据。
这正是当今移动设备和家庭娱乐的一大需求，因此它在近几年发展得非常迅速。
在无线通信和雷达方面，超宽带技术也具有很大的优势。
首先，它可以减少对于频率的使用。
而对于无线通信和雷达设备而言，这是非常重要的一点。
因为频率是公共频谱资源之一，因此无线通信和雷达设备的频率分配是很明显的，而这就意味着需要更有效地使用这些频率以便保证无要义的用户也能够受益，这就要求技术越来越高效。
在医疗设备方面，超宽带技术也有许多的应用。
假如医生在他们的医疗设备中使用超宽带技术，它们就可以用来监控患者的脉搏、心电图和呼吸等，而这些数据可以通过无线交互传递到医院的中央控制台。
由于超宽带技术的高频波可以穿透衣物和灰尘等物体，因此医生无需进入病房就可以轻松地获得数据。
这就可以避免交叉感染，并确保医生的安全。
在实际使用超宽带技术时，还存在一些挑战。
例如，它的使用范围和信号传输距离可能会受到限制。
另一个挑战是如何解决与其他环境中的无线设备的干扰。
如果两个随机无线电设备在相同波段上进行通信，就会产生共存干扰，这就可能会导致数据传输中断。
然而，超宽带技术的发展仍在不断推进。
它目前已应用于很多领域，并有望在未来进一步发展和应用。
例如，超宽带技术可以应用于警方和军方行动中，可以利用无线超宽带传感器来监控未知的区域。
这种传感器可以在隐蔽地域过程中向基地站提供环境数据。
为了保证这些数据的安全性，嵌入其中的传感器还需要被加密，因此安全性对于这些设备来说也是非常重要的一项措施。
超宽带通信技术及其军事应用前景
超宽带通信技术及其军事应用前景超宽带（UWB）通信技术是一种新兴的无线通信技术，可以达到高数据传输速率和高精度定位的目的。
它利用极短的电磁脉冲信号来传输信息，其频谱分布非常宽，使得在相同带宽下，UWB技术传输的信息量可以比传统的窄带通信大数倍，而且它更加隐蔽，难以被侦测出来，因此在军事领域有着广泛的应用前景。
接下来将从技术特点和应用前景两个方面来介绍UWB技术的发展与应用。
1. 技术特点（1）宽带特性：UWB技术通过极短的电磁脉冲信号，使其频谱分布非常宽，可以实现理论上无限宽的带宽。
这就使得UWB技术可以在相同的带宽下传输更多的信息，数据传输速率比传统的窄带通信技术更快。
（2）短距离传输：UWB技术在传输距离上具有优势，主要用于短距离传输，可以有效降低信号强度和传播路径的影响，实现精确定位和高质量通信。
（3）低能量消耗：UWB技术可以在传输过程中降低功率消耗，降低电磁辐射对人体和环境的影响，一方面可以减少能耗，延长电池寿命，另一方面也可以降低电磁干扰。
2. 应用前景（1）超宽带雷达：UWB雷达具有精准测距的能力，使其成为一种理想的雷达技术。
UWB雷达可以实现对目标的三维成像、高分辨率成像等多项功能，它可以在高隐蔽性、高抗干扰环境下完成精确的目标识别和追踪任务，可广泛应用于军事侦察、监控和救援等领域。
（2）军事通信：超宽带技术在军事通信中可以提供更高的数据传输速率和可靠性，满足多种需求，例如实时图像和视频传输、远程控制、传感器数据采集等。
（3）无线身份验证：UWB技术可以用于与传统身份验证系统相结合，提高安全性和鉴别能力，防止身份伪造和欺诈。
UWB身份验证系统可以识别身体任何部位的生物信息（例如心率、呼吸等），从而防止假冒信息的传递。
（4）全球卫星定位系统：UWB技术可以与卫星导航系统相结合，增强定位系统的安全性和精度，为精细定位提供技术支持，可应用于军事导航、控制和指挥等领域。
（5）变频识别：UWB技术可以扫描和识别表面的微小变化，可被应用为一种识别技术。
超宽带定义与特性分析报告
超宽带定义与特性分析报告声明：本文内容信息来源于公开渠道，对文中内容的准确性、完整性、及时性或可靠性不作任何保证。
本文内容仅供参考与学习交流使用，不构成相关领域的建议和依据。
一、超宽带的定义超宽带（Ultra-Wideband,UWB）是一种无线通信技术，利用极宽的频谱带宽进行数据传输。
相较于传统的窄带和宽带技术，超宽带技术具有更高的数据传输速率、更低的功耗以及更强的抗干扰能力。
超宽带技术在精确定位、无线通信、雷达探测等领域具有广泛的应用前景。
（一）超宽带的基本原理超宽带技术通过发送和接收具有极宽频谱的信号来实现通信。
这些信号的带宽通常大于500MHz,或者相对带宽（即信号带宽与中心频率之比）大于20%。
超宽带信号可以采用脉冲无线电（ImPUlSeRadiO）或多频带正交频分复用（MB-OFDM）等方式产生。
1、脉冲无线电：脉冲无线电是超宽带技术的一种实现方式，它通过发送极短时间的脉冲信号来传输数据。
这些脉冲信号的持续时间通常在纳秒级别，具有极宽的频谱。
接收端通过检测脉冲信号的到来时间以及幅度等信息来恢复原始数据。
2、多频带正交频分复用：MB-OFDM是另一种超宽带实现方式,它将可用频谱划分为多个正交子载波，并在每个子载波上进行数据调制。
通过采用先进的信号处理算法，MB-OFDM可以实现高速数据传输和较低的误码率。
（二）超宽带的特性1、高数据传输速率：由于超宽带信号具有极宽的频谱带宽，因此可以实现非常高的数据传输速率。
这使得超宽带技术在需要传输大量数据的场景下具有优势，如高清视频传输、实时数据采集等。
2、低功耗：超宽带技术采用脉冲无线电或多频带正交频分复用等高效调制方式，使得在相同传输速率下，相较于其他无线通信技术，具有更低的功耗。
这有利于实现更长的设备续航时间，适用于物联网、可穿戴设备等低功耗应用场景。
3、强抗干扰能力：超宽带信号的宽频带特性使其具有较强的抗干扰能力。
在复杂的电磁环境下，超宽带技术可以保持稳定的通信性能，降低误码率。
(完整版)超宽带(UWB)技术
微波通信
到5 dB。 6、定位精确
超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确 定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之 内； 与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相 对位置， 其定位精度可达厘米级。 7、抗干扰性能强(电磁兼容性),误码率低
获的可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。 1、简单系统结构
UWB发射器直接用脉冲小型微带天线。由于UWB 不需要对载 波信号进行调制和解调,故不需要混频器、滤波器、RF/ IF 转换器 及本地振荡器等复杂器件,同时更容易集成到CMOS 电路中。 2、高速数据传输
理论上,一个宽度为0的脉冲具有无限的带宽,因此,脉冲信号要想够窄的
微波通信
围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。相反的，超宽 带以基带传输。 UWB通信系统模型见下图。
按照FCC 的规定，从3. 1GHz 到10. 6GHz 之间的7. 5GHz 的带宽 频率为UWB 所使用的频率范围。
微波通信
二、UWB的技术特点 UWB具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截
由于不使用载波,仅在发射窄脉冲时消耗少量能量,从而节约了发 射连续载波时的大量能耗。这一特色还使UWB 可通过缩小脉冲 宽度,在提高带宽的同时而不增加功耗,这打破了过去传输技术中功 耗和带宽成正比的定律。民用的UWB 设备功率一般是传统移动 电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。 军用的UWB 电台耗电也很低。因此，UWB 设备在电池寿命和电
超宽带UWB无线通信中的调制技术
超宽带UWB无线通信中的调制技术超宽带(UWB，Ultra Wide Band)无线技术在无线电通信、雷达、跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域具有广阔的应用前景，因此被认为是未来几年电信热门技术之一。
目前“超宽带”的定义只是针对信号频谱的相对带宽(或绝对带宽)而言，没有界定的时域波形特征。
因此，有多种方式产生超宽带信号。
其中，最典型的方法是利用纳秒级的窄脉冲(又称为冲激脉冲)的频谱特性来实现。
1 UWB基本原理FCC(美国通信委员会)对超宽带系统的最新定义是：相对带宽(在-10dB点处)(fH-fL)/fc>20%(fH，fL，fc分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率) 或者总带宽BW>500MHz。
它与现有的无线电系统比较，在花费更小的制造成本的条件下，能够做到更高的数据传输速率(100～500MbPs)、更强的抗干扰能力(处理增益50dB以上)，同时具有极好的抗多径性能和十分精确的定位能力(精度在cm 以内)。
发射超宽带(UWB)信号最常用和最传统的方法是发射一种时域上很短(占空比低达0.5%)的冲激脉冲。
这种传输技术称为“冲击无线电(IR)”。
UWB-IR又被称为基带无载波无线电，因为它不像传统通信系统中使用正弦波把信号调制到更高的载频上，而是用基带信号直接驱动天线输出的;由信息数据对脉冲进行调制，同时，为了形成所产生信号的频谱而用伪随即序列对数据符号进行编码。
因此冲击脉冲和调制技术就是超宽带的两大关键所在。
2 UWB的调制技术超宽带系统中信息数据对脉冲的调制方法可以有多种。
脉冲位置调制(PPM) 和脉冲幅度调制(PAM)是UWB 最常用的两种调制方式。
通常UWB信号模型为：(1)其中，w (t) 表示发送的单周期脉冲，dj，tj分别表示单脉冲的幅度和时延。
PAM是一种通过改变那些基于需传输数据的传输脉冲幅度的调制技术。
在PAM调制系统中，一系列的脉冲幅度被用来代表需要传输的数据。
浅谈超宽带技术的
超宽带技术可以用于构建高速、短距离的 无线局域网，提高网络覆盖范围和传输速
率。
智能家居
超宽带技术可以用于智能家居中的无线通 信和控制，例如实现智能照明、智能安防 等功能。
无线个人局域网
超宽带技术可以用于构建高速、短距离的 无线个人局域网，例如实现手机、平板电 脑之间的高速数据传输和同步。
02
超宽带通信系统的组成与工作原理
超宽带通信系统通常由发射机、接收 机、天线等组成。
发射机负责将低频信号进行调制、滤波等 处理，然后通过天线发送出去；接收机则 负责接收天线收到的信号，进行解调、滤 波等处理，恢复出原始信息。
在超宽带系统中，由于信号的带宽 很宽，因此可以具有很高的传输速 率和抗干扰性能。同时，由于信号 的功率谱密度很低，所以对其他设 备的干扰也很小。
浅谈超宽带技术的
2023-11-05
目录
• 超宽带技术概述 • 超宽带技术的基本原理 • 超宽带技术的优势与挑战 • 超宽带技术的应用案例 • 超宽带技术的未来展望
01
超宽带技术概述
定义与特点
定义
超宽带（UWB）是一种无载波通信技术，它利用纳秒至微微 秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此具有频谱宽、穿透力 强、低功耗等特点。
超宽带技术的信号传播特性需要 进一步研究和优化，以提高信号 的覆盖范围和传输质量。
超宽带技术的标准化发展
国际标准
超宽带技术已经逐渐成为国际标准，各种标准化组织正在积极推动超宽带技术的标准化发展。
国家标准
各国政府和标准化组织也在积极推动超宽带技术的国家标准制定和推广，以促进超宽带技术的应用和 发展。
创造新的商业模式
超宽带技术将创造新的商业模式，如基于位置的服务、车联网、 智能制造等，为相关行业带来新的商业机会和发展空间。
超宽带通信技术的原理与应用
超宽带通信技术的原理与应用随着社会的发展，人们对于通信技术的需求越来越高，而超宽带通信技术正是满足人们这种需求的重要手段之一。
本文将从技术原理、应用场景以及未来发展等方面，对超宽带通信技术进行分析和探讨。
一、技术原理
超宽带通信是指一种利用大带宽、短脉冲的无线传播技术。
其工作原理是将信息信号通过调制后转换成短时域脉冲信号，再使用非连续频率的电磁波进行传播，最后通过接收端对信号进行解调还原。
这种通信方式有很强的穿透力和传播能力，能够穿过建筑物和地球等障碍物，即使在恶劣环境下也具有优良的可靠性。
二、应用场景
超宽带通信技术广泛应用于医疗、安防、交通、电源、电信等行业。
其中，医疗领域是应用最为广泛的一个行业。
医疗设备传输的重要数据，如心电图、血氧等数据需要高速和安全的传输。
采用超宽带技术可跨越医院的多个房间，突破WiFi的距离限制和
干扰问题，保证数据实时稳定地传输。
此外，超宽带技术还广泛应用于车联网、无人机、智能家居、安防监控、智慧城市、电力监测等领域。
三、未来发展
随着移动互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的发展，超宽带通信技术的应用前景仍十分广阔。
未来，超宽带技术将进一步拓展应用场景，如智能交通、智慧农业、智能电网等。
同时，为了满足大带宽、长距离、大数据传输的需求，超宽带技术也将不断加强技术研究，实现高速稳定的数据传输。
总之，超宽带通信技术是一种重要的通信方式，其应用范围也正在不断扩大。
在新一代信息技术的推动下，我们有理由相信，它的未来发展将是光明的，为人类社会的发展和进步做出更加重要的贡献。
超宽带技术要求和测试方法
超宽带技术要求和测试方法超宽带技术（Ultra-Wideband，UWB）是一种短距离、高速率的无线通信技术，具有大带宽、低功耗和高抗干扰能力等特点。
它在无线通信领域有着广泛的应用，如无线传感器网络、高清视频传输、室内定位等。
为了确保超宽带技术的性能和可靠性，需要进行相应的技术要求和测试方法的研究和制定。
一、超宽带技术的要求1. 频率范围：超宽带技术的频率范围应在3.1GHz到10.6GHz之间，以满足不同应用场景的需求。
2. 带宽要求：超宽带技术应具备大带宽特性，传输速率应达到100Mbps以上，以满足高速数据传输的需求。
3. 功耗要求：超宽带技术在实际应用中应具备低功耗的特点，以延长设备的续航时间。
4. 抗干扰能力要求：超宽带技术应具备较强的抗干扰能力，以保证在复杂的无线信道环境中能够稳定地传输数据。
5. 安全性要求：超宽带技术应具备一定的安全性能，以防止数据被非法获取或篡改。
二、超宽带技术的测试方法1. 频谱测试：通过频谱分析仪对超宽带技术的频谱进行测试，检测其频率范围是否满足要求。
2. 带宽测试：利用测试设备对超宽带技术的传输速率进行测试，检测其是否达到100Mbps以上。
3. 功耗测试：通过电流表或功率计等测试设备对超宽带技术的功耗进行测试，检测其是否符合低功耗要求。
4. 抗干扰测试：通过在复杂的无线信道环境下进行实验，测试超宽带技术在不同干扰条件下的性能表现，评估其抗干扰能力。
5. 安全性测试：通过搭建安全性测试平台，对超宽带技术进行安全性测试，检测其是否存在安全漏洞。
6. 传输距离测试：通过在不同距离下进行数据传输实验，测试超宽带技术的传输距离限制。
7. 灵敏度测试：通过在不同信噪比下进行实验，测试超宽带技术的灵敏度，评估其在弱信号环境下的表现。
8. 时延测试：通过对超宽带技术的数据传输时延进行测试，评估其实时性能。
9. 兼容性测试：通过与其他无线通信技术进行兼容性测试，确保超宽带技术能够与其他技术共存。
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根据FCC Part15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1～10.6 GHz。
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−41.3 dBm/MHz.。 下图示出了FCC对室内、室外UWB系统的辐射功率谱密度限制。
下表列出 UWB 技术与其他短距离无线通信技术的比较。
蓝牙 IEEE 802.11b IEEE 802.11a IEEE 802.11g
UWB
传输速率/Mbps ≤1 11 54 54 ≥480
功耗/mW 1～100
200 40～800
65 ≤1
传输距离/m 100 100 20 50 ≤10
频段/GHz 2.402～2.48
它的另一奇妙之处是能够同时获得宽带高速、低成本和低功耗的好处， 这在传统无线技术中一直是只能折中取舍的两难问题。
8.1 UWB技术概述
8.1.1 UWB技术的产生与发展
超宽带技术最早可以追溯到100年前波波夫和马可尼发明的越洋无线电报 的时代。
现代意义上的超宽带无线电，又称为冲激无线电（Impulse Radio，IR） 技术期仅限于军事、灾害救 援搜索、雷达定位及测距等 领域。
80 年代开始，随着频带资源的紧张以及对高速通信的需求，超宽带技术 开始应用于无线通信领域。
超 宽 带 技 术 在 历 史 上 还 有 一 些 其 他 的 名 称 ， 如 冲 击 雷 达 （ Impulse Radar）、基带脉冲、无载波技术等
第8章 超宽带技术
本章章节
8.1 UWB技术概述 8.2 UWB的关键技术 8.3 UWB的系统方案 8.4 UWB技术的标准化 8.5 UWB的应用及研究方向
广义的超宽带（Ultra Wide Band，UWB）概念是指以极窄脉冲方式 进行无线发射和接收的特种技术。
其特殊之处在于完全摆脱了一般无线收发中必须采用载波调制的传统 手段，成为在时域中直接操作的无线技术。
相对带宽 fH fL
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−20 dB处的绝对带宽大于1.5 GHz或相对 带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。此后，超宽带这个术语才被 沿用下来。
绝对带宽和相对带宽定义为
2002年，美国联邦通信委员会（FCC）发布了超宽带无线通信的初 步规范，正式解除了超宽带技术在民用领域的限制。
信道参数 均方根时延扩展/ns 均方根时延扩展/ns
衰落分布 衰落分布 路劲损耗指数/dB 路径损耗指数/dB 阴影衰落标准差/dB 阴影衰落标准差/dB 衰落范围/dB
链路条件 LOS NLOS LOS NLOS LOS NLOS LOS NLOS
UWB 信道 4～12 8～19
Nakagami、Log-Normal 等 Nakagami、Log-Normal 等
1.5～2 2.4～4 1.1～2.1 2～5.9
5
窄带信号 10～100 <200 Rice Rayleigh 1～3 2.1～6 3～6 6～12 25
8.2 UWB的关键技术 8.2.1 UWB的脉冲成形技术
从2002年至今，新技术和系统方案不断涌现，出现了基 于载波的多带脉冲无线电超宽带（IR-UWB）系统、基于 直扩码分多址（DS-CDMA）的UWB系统、基于多带正交 频分复用（MB-OFDM）的UWB系统等。
在产品方面，Time-Domain、XSI、Freescale、英特尔等 公司纷纷推出UWB芯片组，超宽带天线技术也日趋成熟。
UWB技术已成为短距离、高速无线连接极具竞争力的物 理层技术。
IEEE已经将UWB技术纳入其IEEE 802系列无线标准，正在加紧制订基于UWB技术的高速 无线个域网（WPAN）标准IEEE 802.15.3a和低速无线个域网标准IEEE 802.15.4a。
在未来的几年中，UWB可能成为无线个域网、无线家庭网络、无线 传感器网络等短距离无线网络中占据主导地位的物理层技术之一。
8.1.3 UWB的信道传播特征
无线信道的传播特征通常可通过3个层面进行描述，即路径传播损耗、 阴影衰落和多径衰落。
路径传播损耗
反映大、中尺度传播特征，表现为信号平均功率的起伏变化，主要用于链路预算。
阴影衰落
反映大、中尺度传播特征，表现为信号平均功率的起伏变化，主要用于链路预算。
多径衰落
反映信号在小尺度范围的信道传播特征，是影响接收机性能的主要因素。在传统窄带 信道中，通常用瑞利（Rayleigh）分布或莱斯（Rice）分布来描述多径信道的衰落分 布。
这是超宽带技术真正走向商业化的一个里程碑，也极大地激发了相关学术研究和产 业化进程。
FCC 对于UWB信号进行了重新定义，规定UWB为任何相对带宽（信号带宽与中心频率 之比）大于20%或−10 dB绝对带宽大于500 MHz，并满足FCC功率谱密度限制要求的 信号。当前人们所说的UWB是指FCC给出的新定义。
由于超宽带（UWB）系统占据极大的带宽，其信道传播特征与传统 的无线信道有明显的差异。
UWB信号多径分辨率极高，多径信号衰落分布不再服从Rayleigh分布， 而演化为Nakagami、Log-Normal等分布；
信号衰落范围只有5 dB左右，远小于窄带信道；阴影衰落比窄带信道 明显改善。这充分反映了UWB信号的抗衰落特征。
2.4 5 2.4 3.1～10.6
C B log2 (1 SNR)
8.1.2 UWB的技术特点
传输速率高，空间容量大
在UWB系统中，信号带宽B高达500 MHz～7.5 GHz。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1 Gbps的传输 速率。
适合短距离通信 具有良好的共存性和保密性 多径分辨能力强，定位精度高 体积小，功耗低 系统结构的实现比较简单