超宽带(UWB)无线通信技术详解
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。
UWB的名词解释
UWB的名词解释无线超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）是一种现代通信技术，通过发送短脉冲信号来传输数据。
这种技术使用了宽带频谱，以更高的速率传输信息，其主要特点是信号的带宽远远超过传统无线通信技术。
传统的无线通信技术一般采用单一频带传输数据，而UWB则在较大的频谱范围内传输数据，这使得UWB具有很强的抗干扰能力。
由于UWB信号的短暂性质，它几乎不会与其他无线设备发生冲突，从而能够在复杂的无线环境中工作。
UWB技术的广泛应用领域之一是室内定位。
传统的室内定位技术往往需要在建筑物内放置大量基站，这对于成本和布局来说都是具有挑战性的。
而UWB可以在室内通过对信号传播的时间、相位和强度的测量，实现高精度的定位，不仅可以用于室内导航，还可以用于安全监控和物品追踪等领域。
此外，UWB还广泛应用于雷达系统中。
传统雷达系统一般使用脉冲信号来探测目标并测量其距离，但在这种技术中，多个目标的重叠距离难以精确测量。
而UWB雷达在测量目标之间的距离时，可以通过测量信号传播的时间差来实现高精度的距离测量。
除了室内定位和雷达系统，UWB还可以用于短距离通信。
由于UWB信号的高速率和低功率特性，它可以用于短距离高速数据传输。
这不仅在个人消费电子设备中有应用前景，也在无线传感器网络和工业自动化等领域具有潜力。
然而，尽管UWB在多个领域都显示出巨大的潜力，但目前其广泛应用仍面临着一些挑战。
首先，由于UWB技术属于新兴技术，其标准化和认证仍在进行中。
这使得不同厂商的产品可能并不兼容，限制了UWB技术的普及和应用。
其次，UWB技术的高频段使用可能会干扰其他无线设备，因此需要对频谱资源进行合理的规划和管理。
这需要制定相关的法规和标准来确保不同无线设备之间的和谐共存。
最后，UWB技术在室外环境中没有明显优势，因为其高速率和高精度的特性在较远距离下可能无法有效利用。
因此，在选择使用UWB技术时，需要综合考虑其性能和应用场景的匹配程度。
UWB—超宽带无线通讯技术及应用
Tf Ts=NfTf
Tf Ts
1 UWB技术背景和概述
1.3
UWB 技术背景
超宽带(Ultra Wide Band, UWB)无线通信技术起 源于20世纪60年代对微波网络冲激响应的研究 此后研究焦点主要集中在雷达系统，并一直被 美国军方严格控制，利用占用频带极宽的超短 基带脉冲进行通信，主要应用于军用的雷达， 以及低截获率/低侦测率的通信系统。
1 UWB技术背景和概述
1.3
UWB 技术背景
频谱范围规定
FCC对UWB系统所使用的频谱范围规定为3.110.6GHz，
功率谱密度规定
发射机的信号最高功率谱密度为 −41.3dBm/MHz，
1 UWB技术背景和概述
1.3
UWB 技术背景
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大的允许功率，这个功率值一般通 过辐射掩蔽（emission mask）来决定.
1 UWB技术背景和概述
1.1 什么是 UWB
窄带 宽带 超宽带 相对带宽<1% 1%<相对带宽<20% 相对带宽>20%
超宽带 绝对带宽 大于 500MHz
超宽带技术UWB(Ultra Wide Band，超宽带)是一种无线载波通信技术。即 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
2.UWB无线通信技术原理
2.3 UWB的多址及扩频
直接序列扩频
d (t )
信源 调制 高放 混频
r0 (t )
r0(t )
解调
c(t )
物联网中的UWB是什么,UWB技术介绍
新版UWB技术介绍UWB技术使用两种方式传输数据：一种是无线收发，利用卫星信号进行传输，另一种是通过无线通信的方式传输数据。
无线收发采用的模式主要是同步、异步和自适应多址。
UWB系统是近几年来非常热门的一个技术了，在民用市场已经有很大优势了，但由于技术发展太快，现在很多都没有进行商用了，所以我们先从最新版的UWB技术开始介绍吧！一、超宽带超宽带（Ultra-wideband, UWB）是一种利用无线电信号进行数据传输的技术，是一种非授权频段的超宽带（UWB）系统。
超宽带通信系统的工作频率为1~10 GHz，波长为5~100μm，工作在C波段。
UWB具有高数据速率、低时延、穿透能力强、抗多径干扰等优点。
UWB是利用脉冲重复频率（PRS）和脉冲间隔时间（PLD）实现高速数据传输的技术。
脉冲重复频率指单位时间内脉冲发射次数，可分为连续或离散形式。
PRS可以根据频率来划分，常用的是20 MHz~100 MHz; PLD可以划分为2~4路数字信号处理模块组成；脉冲间隔时间（PL, pulse latency，即PL/PLD）主要用于实现时钟恢复等功能；脉冲重复频率与PRS有关，但更多地取决于天线形式、接收灵敏度、载波频率等因素，可通过测量PRS和PLD 的PL/DL值来计算。
二、时隙UWB技术的时隙分为两类：同步和异步。
同步时隙：同步信号使用固定时隙，每个载波接收信号，并在发送时同步它的相位和幅度；异步时隙：每个载波接收一个相位和幅度变化的正弦信号，将其解调成一个时间片，然后通过时频转换成一个时间片。
UWB系统中使用同步和异步的时隙。
由于UWB的波束窄且功率低，在对目标进行定位时通常使用UWB信号来传输数据，而不是传统的无线电系统使用多个射频天线来发射信号，而射频天线只能用于接收数据。
因此在使用UWB通信时，必须考虑发射功率问题，通常需要考虑的功率包括几个方面：首先是发射时间点选择；其次是在接收端需要设置接收器来识别是否来自目标位置；最后才是根据接收到的信号类型进行选择正确的波束。
uwb原理 pdf
uwb原理 pdfUWB原理介绍UWB（Ultra-Wideband）是指超宽带技术，是一种新兴的无线通信技术。
本文将介绍UWB的原理及其应用。
一、UWB原理UWB技术是一种基于宽带信号传输的无线通信技术。
它的核心原理是在较短时间内传输大量的脉冲信号，通过脉冲的时间位置和幅度变化来传递信息。
相比于传统的窄带通信技术，UWB技术能够同时利用较大频率范围，并支持高速数据传输。
UWB信号在频域上有极宽的带宽，通常超过500MHz。
它的频谱密度非常低，这样便不会对已有无线通信系统产生干扰。
UWB技术还具有较好的抗干扰能力，能够有效地抵御多径衰减、多径干扰和多用户干扰等问题。
二、UWB的应用1. 定位和跟踪UWB技术在室内定位和跟踪方面有着广泛的应用。
通过利用UWB 信号的时差测量，可以实现高精度的室内定位，精度可达几厘米。
这在无人驾驶、智能家居以及物联网等领域有着重要的应用潜力。
2. 通信和雷达UWB技术可以支持高速的短距离通信，具有较低的功耗和高数据传输速率。
因此，它在无线传感器网络、移动支付和近场通信等方面有着广泛的应用。
同时，UWB雷达技术在障碍物探测、人体检测和无人机导航等领域也有着重要的应用。
3. 医疗和健康监测UWB技术在医疗和健康监测方面也有着广泛的应用。
通过UWB技术传输的数据，可以有效地监测人体的生理参数，如心率、呼吸和运动状态等。
这对于远程医疗、老年人照护和健康管理等方面具有重要意义。
4. 无线传感器网络UWB技术在无线传感器网络方面有着重要的应用。
通过利用UWB的超宽带特性，可以实现高密度的传感器网络，提供大量的传感数据。
这对于环境监测、智能交通和农业物联网等领域具有重要的意义。
5. 数据传输和共享UWB技术在数据传输和共享方面也有着广泛的应用。
UWB技术可以实现高速数据传输和大容量存储，满足现代社会对于快速、高效的数据传输需求。
此外，UWB技术还能够实现安全的无线数据共享，提高数据传输的安全性和可靠性。
uwb技术原理
UWB技术原理详解1. 引言超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术是一种用于无线通信的调制和传输技术。
与传统的窄带通信技术相比，UWB技术具有更大的频谱带宽、更低的功率密度和更高的数据传输速率。
本文将详细解释UWB技术的基本原理。
2. UWB技术概述UWB技术是一种基于短脉冲的无线通信技术，其核心思想是通过在时间域上使用非常短且宽带的脉冲来传输信息。
这些脉冲通常持续时间仅为纳秒级别，但频谱却非常宽广，覆盖几个GHz甚至更多。
由于这种特殊的脉冲形式，UWB技术能够实现高速数据传输、高精度定位以及低功耗通信等应用。
3. UWB脉冲生成在UWB系统中，脉冲生成是实现高速数据传输和定位功能的关键步骤之一。
一般来说，UWB系统中使用两种方法来生成宽带脉冲：直接序列扩频（Direct Sequence Spread Spectrum，简称DSSS）和脉冲形状调制（Pulse Shape Modulation，简称PSM）。
3.1 直接序列扩频（DSSS）DSSS是一种将窄带信号扩展到宽带信号的技术。
在UWB系统中，DSSS通过将窄脉冲与一个高速伪随机码序列进行乘积运算来生成宽带脉冲。
这个伪随机码序列通常是一个具有良好相关性特性的码片序列，其周期远远小于脉冲持续时间。
具体而言，DSSS的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：将基带信号与伪随机码序列进行乘积运算。
- 步骤3：将乘积结果进行滤波处理，得到宽带脉冲。
3.2 脉冲形状调制（PSM）PSM是一种通过调制脉冲形状来实现宽带通信的方法。
在UWB系统中，PSM通过改变脉冲的幅度、宽度和相位等参数来实现信息传输。
常见的PSM技术包括正弦调制、高斯调制和Hermite-Gauss调制等。
具体而言，PSM的过程如下： - 步骤1：将要传输的信息数据进行调制，得到基带信号。
- 步骤2：根据基带信号的特性，设计合适的脉冲形状函数。
UWB技术
一、何谓UWB技术所谓UWB技术，也叫超宽带技术。
简单的说UWB技术是基于短的能量脉冲序列、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，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据的一种无载波通信技术，由于其不适用载波，该技术传输速度较之其他的技术快很多，同时其功耗也小很多。
超宽带使用的电波带宽为数CHZ，它搞出普通的带宽20MHZ的无线LAN的带宽几百倍。
二、时间调制技术的基本原理目前的无线通信系统大多采用恒包络直接扩频调制方式，而使很多人忽略了采用脉冲跳时调制的无线通信方式，即时域通信技术。
当前，超宽带无线电的实现基本上是采用冲激无线电技术。
它不是基于正弦载波的无线电系统的概念，而是一种采用冲激脉冲作为信息载体的非正弦系统。
(一)时间调制超宽带TM-UWB的关键技术——时间调制技术。
TM-UWB技术的一般工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲，其宽度通常在200ps-500ps之间，脉冲与脉冲之间的间即，即重复周期通常在25ns-1000ns之间，超短时单周期脉冲决定了信号的带宽很宽，超宽带接收机直接将射频信号转换为墓带数字信号和模拟输出信号。
只用一级前端交叉相关器就把电磁脉冲序列转换成基带信号，不用传统通信设备中的中频级，极大地降低了设备复杂性。
单比特的信息常被扩展到多个单脉冲上，接收机将这几个脉冲相加以恢复发射信息。
(二)时间调制超宽带宽(TM--UWB)系统的性能特点。
基于时间脉冲位置调制的超宽带无线时域技术有以下特点：用超短周期脉冲进行通信，此信号本身为超宽带信号，谱密度极低，信号的中心频率在650MHz-SGHz之间，在亚毫瓦量级的平均功率下的传输距离达数英里，抗干扰和抗多径的能力强，具有很宽的带宽和多个信道可以利用，与扩频系统相比，时域通信系统结构简单，成本相对较低。
具体来讲：1、隐蔽性好。
无线电波空间传播的“公开性”是无线电通信较之有线通信的固有不足。
uwb超宽带无线通信技术(高精度定位)
UWB(定位技术)超宽带无线通信技术一、UWB调制技术超宽带无线通信技术（UWB）是一种无载波通信技术，UWB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。
它源于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术。
传统通信方式使用的是连续波信号，即本地振荡器产生连续的高频载波，需要传送信息通过例如调幅，调频等方式加载于载波之上，通过天线进行发送。
现在的无线广播，4G通信，WIFI等都是采用该方式进行无线通信。
下图是一个使用调幅方式传递语音信号的的连续波信号产生示意图。
图1 连续波调幅信号而脉冲超宽带IR-UWB(Impluse Radio Ultra Wideband)信号，不需要产生连续的高频载波，仅仅需要产生一个时间短至nS级以下的脉冲，便可通过天线进行发送。
需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度，时间，相位进行加载，进而实现信息传输。
下图是使用相位调制方式传输二进制归零码的IR-UWB信号产生示意图。
图2 IR-UWB调相信号从频域上看，连续波信号将能量集中于一个窄频率内，而UWB信号带宽很大，同时在每个频点上功率很低，如图3所示。
图3 IR-UWB信号频谱在无线定位中，使用IR-UWB信号相对于窄带信号的主要优势为，IR-UWB信号能准确分立无线传输中的首达信号和多径反射信号，而窄带信号不具备该能力。
主要有三种应用：成像、通信与测量和车载雷达系统，再宏观一点，可以分为定位、通信和成像三种场景。
·通信：因为大带宽，所以UWB一度被认为是USB数据传输的无线替代方案，蓝牙的问题是传输速度太慢。
UWB还常用于军用保密通信，这主要也是因为UWB脉冲的能量很低，很容易低于噪声门限，不容易被其它无线电系统监听到。
UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能实现数百Mbit/s至2Gbit/s 的数据传输速率。
而且具有穿透力强、功耗低、抗干扰效果好、安全性高、空间容量大、能精确定位等诸多优点，可以说是个超级“潜力股”，很有可能在将来成为家庭主用的无线传输技术。
UWB技术应用介绍
UWB技术应用介绍UWB技术（Ultra-Wideband）是一种具有超宽带特性的无线通信技术，其频率范围非常广泛，一般包括从几百兆赫兹到数千兆赫兹，甚至数十千兆赫兹的频段。
相比传统无线通信技术，UWB技术具有更高的数据传输速率，更低的功耗以及更广泛的应用领域。
在UWB技术的应用中，最重要的是其高速数据传输能力。
由于UWB技术的频率范围广泛，因此可以提供更高的传输带宽，一般能够达到数千兆比特每秒的传输速率。
这种超高速传输能力使得UWB技术在实时高清视频传输、无线VR/AR应用以及大规模数据传输等领域有着广泛的应用前景。
第二个重要的应用领域是室内定位和跟踪。
UWB技术可以实现非常精确的距离测量，其测距精度一般可达到几乎厘米级别。
这使得UWB技术能够在室内环境中实现高精度的定位和跟踪，例如在仓库管理、智能家居以及智能医疗设备中应用。
此外，UWB技术还可以实现室内环境中的人员密度检测和人员流量管理等功能。
UWB技术还可以实现无线电频谱的共享和利用。
由于UWB技术的频率范围非常广泛且无需占用特定频段，因此可以有效利用频谱资源，避免不同无线设备之间的干扰。
与传统的频谱共享技术相比，UWB技术可以实现更高的频谱利用效率。
这使得UWB技术在军事应用、无人驾驶以及物联网等领域有着广泛的应用前景。
总结起来，UWB技术是一种具有超宽带特性的无线通信技术，具有高速数据传输能力、精确定位和跟踪能力以及频谱共享和利用能力。
应用领域包括高清视频传输、室内定位和跟踪、雷达和无线通信、无线电频谱共享和利用等。
随着技术的进一步发展，UWB技术有望在更多领域得到广泛应用。
超宽带(UWB)技术
一、UWB技术简介UWB技术是一种与其它技术有很大不同的无线通信技术，它将会为无线局域网LAN和个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。
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，它开发了一个具有对信道衰落不敏感;发射信号功率谱密度低，有低截获能力，系统复杂度低，能提供数厘米的定位精度等优点。
UWB尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
虽然超宽带的描述并不详细，它确实有助于将这项技术与传统的“窄带”系统分隔开，或者是更新的主要是指文献中描述的未来3G蜂窝技术的“宽带”系统。
关于超宽带和其它的“窄带”或者是“宽带”主要有两方面的区别。
一是超宽带的带宽，在美国联邦通信委员会(FCC)所定义比中心频率高25%或者是大于1.5G赫兹。
很清楚，这一带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。
二是，超宽带典型的用于无载波应用方式。
传统的“窄带”和“宽带”都是采用无线电频率(RF)载波来传送信号，频率范围从基带到系统被允许使用的实际载波频率。
相反的，超宽带的实现方式是能够直接的调制一个大的激增和下降时间的“脉冲”，这样所产生的波形占据了几个GHz的带宽。
UWB无线通信技术与现有的无线通信技术有着本质的区别。
当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，形象地说，这种电波就像是一个人拿着水管浇灌草坪时，水管中的水随着人手的上下移动形成的连续的水流波动。
几乎所有的无线通信包括移动电话、无线局域网的通信都是这样的:用某种调制方式将信号加载在连续的电波上。
与此相比，UWB无线通信技术就像是一个人用旋转的喷洒器来浇灌草坪一样，它可以喷射出更多、更快的短促水流脉冲。
UWB产品在工作时可以发送出大量的非常短、非常快的能量脉冲。
这些脉冲都是经过精确计时的，每个只有几个毫微秒长，脉冲可以覆盖非常广泛的区域。
脉冲的发送时间是根据一种复杂的编码而改变的，脉冲本身可以代表数字通信中的0，也可以代表1。
超宽带(UWB)无线通信技术详解
超宽带（UWB）无线通信技术详解作者：王德强李长青乐光新近年来，超宽带(UWB)无线通信成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。
许多世界著名的大公司、研究机构、标准化组织都积极投入到超宽带无线通信技术的研究、开发和标准化工作之中。
为了使读者对UWB技术有所了解，本讲座将分3期对UWB技术进行介绍：第1期讲述UWB的产生与发展、技术特点、信号成形及调制与多址技术，第2期对UWB信道、系统方案及接收机关键技术进行介绍，第3期介绍UWB的应用前景及标准化情况。
1 UWB的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。
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-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz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。
其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。
图1给出了带宽计算示意图。
可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。
为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。
美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。
2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。
根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。
根据FCCPart15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～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.。
UWB技术与超宽带通信
04 UWB通信性能分析
传输速率与误码率
传输速率
UWB技术通过高速传输数据来提供高带宽，其传输速率远高于传统的无线通信技术。例如，WiMedia UWB的 传输速率可达到数百兆bps，而IEEE 802.15.3a标准定义的UWB传输速率范围为100-480Mbps。
误码率
UWB技术的低误码率特性使其在数据传输中具有较高的可靠性。由于其采用扩频技术，信号在传输过程中具有 较强的抗干扰能力，因此误码率较低。例如，某些UWB系统的误码率可低于0.1%。
信号处理难度
UWB信号具有高速跳变和 宽带特性，对信号处理技 术提出了更高的要求。
设备成本与普及度
目前UWB设备成本较高， 普及度有待提高，需要进 一步降低成本和提高市场 接受度。
UWB技术在物联网中的应用
无线通信
UWB技术具有高速、低延迟、高精 度定位等特点，适用于物联网中的无 线通信和数据传输。
与其他通信系统共存
UWB通信系统需要与其他通信系统共 存，因此需要进行频谱管理和干扰抑 制，以保证UWB通信系统的正常运行 。
06 UWB技术发展前景
UWB技术发展趋势
标准化进程加速
随着UWB技术的普及，国际标 准化组织正在推动UWB标准的 制定和更新，以促进UWB技术
的广泛应用。
集成化与小型化
信道建模与仿真技术可以帮助研究人员更好地理解信道特性，提高UWB 通信系统的性能和稳定性。
多径抑制与抗干扰技术
多径抑制与抗干扰技术是UWB通信中用于解决多径干扰和噪声干扰的重要手段。
通过采用先进的信号处理算法和技术，可以有效地抑制多径干扰和噪声干扰，提高 信号的传输质量和可靠性。
多径抑制与抗干扰技术包括自适应滤波、扩频技术、信道编码等技术，可根据不同 的应用场景选择合适的技术组合。
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。
UWB——超宽带无线通信技术
智能互联的黑马：UWB超宽带无线通信技术一、UWB技术是什么？UWB技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术。
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大，尽管使用无线通信，但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。
使用UWB技术可在非常宽的带宽上传输信号，美国联邦通信委员会（FCC）对UWB技术的规定为：在3.1~10.6GHz频段中占用500MHz 以上的带宽。
二、UWB相比传统通信技术有什么优势？传统通信方式使用的是连续波信号，即本地振荡器产生连续的高频载波，需要传送信息通过例如调幅，调频等方式加载于载波之上，通过天线进行发送。
现在的无线广播、4G通信、Wi-Fi等都是采用该方式进行无线通信。
下图是一个使用调幅方式传递语音信号的连续波信号产生示意图。
而IR-UWB信号，不需要产生连续的高频载波，仅仅需要产生一个时间短至nS级以下的脉冲，便可通过天线进行发送。
需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度、时间、相位进行加载，进而实现信息传输。
下图是使用相位调制方式传输二进制归零码的IR-UWB信号产生示意图。
而现在更为大家熟知的蓝牙、WiFi通信技术与UWB技术相较而言，也存在一定的劣势。
通过这张图大家可以更直观地了解到UWB技术与Wi-Fi、蓝牙技术的不同点。
简言之，UWB 技术的优势在于：1、定位精度高：带宽很宽，多径分辨能力强，抗干扰，对于距离的分辨能力高于Wi-Fi和蓝牙。
2、实时定位速度快：UWB的超宽带脉冲信号的带宽在纳秒级，可以实现实时的室内定位，延迟低，可以即刻感知追踪物体的运动状况。
3、高可靠性和安全性：UWB的发射功率低、信号带宽宽，能够很好地隐蔽在其它类型信号和环境噪声之中，传统的接收机无法识别和接收，必须采用与发射端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调。
当然，UWB、Wi-Fi和蓝牙这三项技术并不是孤立存在的，完全可以同时使用，优势互补，能够给智能手机这样的终端产品带来多种需求的定位和数据传输服务，对于相关的天线和射频设计有较高要求。
(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
超宽带无线通信技术概述
超宽带无线通信技术概述引言超宽带(UWB)的出现与下列名词相联系，即脉冲、无载波、基带、时域、非正弦、正交函数和大相对带宽无线/雷达信号，在此，以UWB来统一表示。
上世纪60年代已经出现了有关UWB的发射机和接收机的设计技术，同时UWB在通信和雷达中也得到了应用。
此后，UWB技术不断得到发展，到70年代，有关UWB在通信和雷达应用中的全部体系概念都已经建立起来，但对UWB这个名称的真正引入还是在上世纪80年代。
后来，到了90年代，因设备制造技术的进步，出现了第一个UWB商用系统，目前所做的工作都是对这一系统的具体实现，使得UWB的基本构成和具体细节及实现方法等都取得了一定的进展，进一步促进了UWB的实用化进程。
用于军事雷达和灾害救援搜索等方面的UWB无线系统在国外早已得到实用，如今，由于UWB无线通信所具有的独特的性能和近年来微电子技术及器件水平的不断提高，UWB 在低费用的中短距离无线通信应用中越来越具有吸引力，尤其是满足日益增长的有线上网是研究短距离无线技术的一大驱动力。
UWB技术是一种低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。
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(LPI/D)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。
目前国外公司正在进一步研究将UWB技术应用于高速无线通信领域的潜在优势和所要解决的问题。
本文首先介绍UWB中的主要技术，最后归纳了它的性能特点及其局限性。
2 UWB系统的关键技术UWB的名称来源于可在非常宽的带宽，即超宽带的带宽上传输信号。
所谓超宽带的带宽，按美国联邦通信委员会(FCC)的定义，即是：比中心频率高25%或者是大于1.5 GHz的带宽。
举个例子来说，对于一个中心频率在 4 GHz的信号将跨越从 3.5 GHz(或更低)至4.5GHz(或更高)的范围才能称得上是一个UWB信号，如图1所示。
UWB无线系统的关键技术主要包括：产生脉冲信号串(发送源)的方法，脉冲串的调制方法，适用于UWB有效的天线设计方法及接收机的设计方法等。
uwb超宽带无线通信技术（高精度定位）
uwb超宽带⽆线通信技术（⾼精度定位）UWB(定位技术)超宽带⽆线通信技术⼀、UWB调制技术超宽带⽆线通信技术（UWB）是⼀种⽆载波通信技术，UWB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。
它源于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术。
传统通信⽅式使⽤的是连续波信号，即本地振荡器产⽣连续的⾼频载波，需要传送信息通过例如调幅，调频等⽅式加载于载波之上，通过天线进⾏发送。
现在的⽆线⼴播，4G通信，WIFI等都是采⽤该⽅式进⾏⽆线通信。
下图是⼀个使⽤调幅⽅式传递语⾳信号的的连续波信号产⽣⽰意图。
图1 连续波调幅信号⽽脉冲超宽带IR-UWB(Impluse Radio Ultra Wideband)信号，不需要产⽣连续的⾼频载波，仅仅需要产⽣⼀个时间短⾄nS级以下的脉冲，便可通过天线进⾏发送。
需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度，时间，相位进⾏加载，进⽽实现信息传输。
下图是使⽤相位调制⽅式传输⼆进制归零码的IR-UWB信号产⽣⽰意图。
图2 IR-UWB调相信号从频域上看，连续波信号将能量集中于⼀个窄频率内，⽽UWB信号带宽很⼤，同时在每个频点上功率很低，如图3所⽰。
图3 IR-UWB信号频谱在⽆线定位中，使⽤IR-UWB信号相对于窄带信号的主要优势为，IR-UWB信号能准确分⽴⽆线传输中的⾸达信号和多径反射信号，⽽窄带信号不具备该能⼒。
主要有三种应⽤：成像、通信与测量和车载雷达系统，再宏观⼀点，可以分为定位、通信和成像三种场景。
·通信：因为⼤带宽，所以UWB⼀度被认为是USB数据传输的⽆线替代⽅案，蓝⽛的问题是传输速度太慢。
UWB还常⽤于军⽤保密通信，这主要也是因为UWB脉冲的能量很低，很容易低于噪声门限，不容易被其它⽆线电系统监听到。
UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能实现数百Mbit/s⾄2Gbit/s 的数据传输速率。
⽽且具有穿透⼒强、功耗低、抗⼲扰效果好、安全性⾼、空间容量⼤、能精确定位等诸多优点，可以说是个超级“潜⼒股”，很有可能在将来成为家庭主⽤的⽆线传输技术。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超宽带（UWB）无线通信技术详解作者：王德强李长青乐光新近年来，超宽带(UWB)无线通信成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。
许多世界著名的大公司、研究机构、标准化组织都积极投入到超宽带无线通信技术的研究、开发和标准化工作之中。
为了使读者对UWB技术有所了解，本讲座将分3期对UWB 技术进行介绍：第1期讲述UWB的产生与发展、技术特点、信号成形及调制与多址技术，第2期对UWB信道、系统方案及接收机关键技术进行介绍，第3期介绍UWB的应用前景及标准化情况。
1 UWB的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。
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-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz 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。
其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。
图1给出了带宽计算示意图。
可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。
为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。
美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。
2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。
根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。
根据FCCPart15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～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.。
图2示出了FCC对室内、室外UWB系统的辐射功率谱密度限制。
当前，人们所说的UWB是指FCC给出的新定义。
自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(OFDM)的UWB系统等。
在产品方面，Time-Domain、XSI、Freescale、Intel等公司纷纷推出UWB芯片组，超宽带天线技术也日趋成熟。
当前，UWB技术已成为短距离、高速无线连接最具竞争力的物理层技术。
IEEE已经将UWB技术纳入其IEEE802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IEEE802.15.3a和低速无线个域网标准IEEE802.15.4a。
以Intel领衔的无线USB促进组织制订的基于UWB的W-USB2.0标准即将出台。
无线1394联盟也在抓紧制订基于UWB技术的无线标准。
可以预见，在未来的几年中，UWB将成为无线个域网、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。
2 UWB的技术特点(1)传输速率高，空间容量大根据仙农(Shannon)信道容量公式，在加性高斯白噪声(AWGN)信道中，系统无差错传输速率的上限为：C=B×log2(1+SNR)(1)其中，B(单位：Hz)为信道带宽，SNR为信噪比。
在UWB系统中，信号带宽B高达500MHz～7.5GHz。
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1Gb/s的传输速率。
例如，如果使用7 GHz带宽，即使信噪比低至-10 dB，其理论信道容量也可达到1 Gb/s。
因此，将UWB技术应用于短距离高速传输场合(如高速WPAN)是非常合适的，可以极大地提高空间容量。
理论研究表明，基于UWB的WPAN可达的空间容量比目前WLAN标准IEEE 802.11.a高出1～2个数量级。
(2)适合短距离通信按照FCC规定，UWB系统的可辐射功率非常有限，3.1GHz～10.6GHz频段总辐射功率仅0.55mW，远低于传统窄带系统。
随着传输距离的增加，信号功率将不断衰减。
因此，接收信噪比可以表示成传输距离的函数SNRr (d )。
根据仙农公式，信道容量可以表示成距离的函数C(d)=B×log2[1+SNRr(d )] (2)另外，超宽带信号具有极其丰富的频率成分。
众所周知，无线信道在不同频段表现出不同的衰落特性。
由于随着传输距离的增加高频信号衰落极快，这导致UWB信号产生失真，从而严重影响系统性能。
研究表明，当收发信机之间距离小于10m时，UWB系统的信道容量高于5GHz频段的WLAN系统，收发信机之间距离超过12m时，UWB系统在信道容量上的优势将不复存在。
因此，UWB系统特别适合于短距离通信。
(3)具有良好的共存性和保密性由于UWB系统辐射谱密度极低(小于-41.3dBm/MHz)，对传统的窄带系统来讲，UWB 信号谱密度甚至低至背景噪声电平以下，UWB信号对窄带系统的干扰可以视作宽带白噪声。
因此，UWB系统与传统的窄带系统有着良好的共存性，这对提高日益紧张的无线频谱资源的利用率是非常有利的。
同时，极低的辐射谱密度使UWB信号具有很强的隐蔽性，很难被截获，这对提高通信保密性非常有利。
(4)多径分辨能力强，定位精度高由于UWB信号采用持续时间极短的窄脉冲，其时间、空间分辨能力都很强。
因此，UWB 信号的多径分辨率极高。
极高的多径分辨能力赋予UWB信号高精度的测距、定位能力。
对于通信系统，必须辩证地分析UWB信号的多径分辨力。
无线信道的时间选择性和频率选择性是制约无线通信系统性能的关键因素。
在窄带系统中，不可分辨的多径将导致衰落，而UWB信号可以将它们分开并利用分集接收技术进行合并。
因此，UWB系统具有很强的抗衰落能力。
但UWB信号极高的多径分辨力也导致信号能量产生严重的时间弥散(频率选择性衰落)，接收机必须通过牺牲复杂度(增加分集重数)以捕获足够的信号能量。
这将对接收机设计提出严峻挑战。
在实际的UWB系统设计中，必须折衷考虑信号带宽和接收机复杂度，得到理想的性价比。
(5)体积小、功耗低传统的UWB技术无需正弦载波，数据被调制在纳秒级或亚纳秒级基带窄脉冲上传输，接收机利用相关器直接完成信号检测。
收发信机不需要复杂的载频调制/解调电路和滤波器。
因此，可以大大降低系统复杂度，减小收发信机体积和功耗。
FCC对UWB的新定义在一定程度上增加了无载波脉冲成形的实现难度，但随着半导体技术的发展和新型脉冲产生技术的不断涌现，UWB系统仍然继承了传统UWB体积小、功耗低的特点。
3 UWB脉冲成形技术任何数字通信系统，都要利用与信道匹配良好的信号携带信息。
对于线性调制系统，已调制信号可以统一表示为：s(t)=∑Ing(t -T ) (3)其中，In为承载信息的离散数据符号序列；T为数据符号持续时间；g(t)为时域成形波形。
通信系统的工作频段、信号带宽、辐射谱密度、带外辐射、传输性能、实现复杂度等诸多因素都取决于g(t)的设计。
对于UWB通信系统，成形信号g(t)的带宽必须大于500MHz，且信号能量应集中于3.1 GHz～10.6 GHz频段。
早期的UWB系统采用纳秒/亚纳秒级无载波高斯单周脉冲，信号频谱集中于2 GHz以下。
FCC对UWB的重新定义和频谱资源分配对信号成形提出了新的要求，信号成形方案必需进行调整。
近年来，出现了许多行之有效的方法，如基于载波调制的成形技术、Hermit正交脉冲成形、椭圆球面波(PSWF)正交脉冲成形等。
3.1高斯单周脉冲高斯单周脉冲即高斯脉冲的各阶导数，是最具代表性的无载波脉冲。
各阶脉冲波形均可由高斯一阶导数通过逐次求导得到。
随着脉冲信号阶数的增加，过零点数逐渐增加，信号中心频率向高频移动，但信号的带宽无明显变化，相对带宽逐渐下降。
早期UWB系统采用1阶、2阶脉冲，信号频率成分从直流延续到2GHz。
按照FCC对UWB的新定义，必须采用4阶以上的亚纳秒脉冲方能满足辐射谱要求。
图3为典型的2ns高斯单周脉冲。
3.2载波调制的成形技术原理上讲，只要信号-10dB带宽大于500MHz即可满足UWB要求。
因此，传统的用于有载波通信系统的信号成形方案均可移植到UWB系统中。
此时，超宽带信号设计转化为低通脉冲设计，通过载波调制可以将信号频谱在频率轴上灵活地搬移。
有载波的成形脉冲可表示为：w(t)=p(t)cos(2πfct)(0≤t ≤Tp)(4)其中，p(t)为持续时间为Tp的基带脉冲；fc为载波频率，即信号中心频率。
若基带脉冲p(t)的频谱为P(f )，则最终成形脉冲的频谱为：可见，成形脉冲的频谱取决于基带脉冲p(t)，只要使p(t)的-10dB带宽大于250 MHz，即可满足UWB设计要求。
通过调整载波频率fc可以使信号频谱在3.1 GHz～10.6 GHz范围内灵活移动。
若结合跳频(FH)技术，则可以方便地构成跳频多址(FHMA)系统。
在许多IEEE 802.15.3a标准提案中采用了这种脉冲成形技术。
图4为典型的有载波修正余弦脉冲，中心频率为3.35 GHz，-10 dB带宽为525 MHz。
3.3Hermite正交脉冲Hermite脉冲是一类最早被提出用于高速UWB通信系统的正交脉冲成形方法。
结合多进制脉冲调制可以有效地提高系统传输速率。
这类脉冲波形是由Hermite多项式导出的。
这种脉冲成形方法的特点在于：能量集中于低频，各阶波形频谱相差大，需借助载波搬移频谱方可满足FCC要求。
3.4PSWF正交脉冲PSWF脉冲是一类近似的“时限-带限”信号，在带限信号分析中有非常理想的效果。
与Hermite脉冲相比，PSWF脉冲可以直接根据目标频段和带宽要求进行设计，不需要复杂的载波调制进行频谱般移。
因此，PSWF脉冲属于无载波成形技术，有利于简化收发信机复杂度。
4 UWB调制与多址技术调制方式是指信号以何种方式承载信息，它不但决定着通信系统的有效性和可靠性，同时也影响信号的频谱结构、接收机复杂度。
对于多址技术解决多个用户共享信道的问题，合理的多址方案可以在减小用户间干扰的同时极大地提高多用户容量。
在UWB系统中采用的调制方式可以分为两大类：基于超宽带脉冲的调制、基于OFDM的正交多载波调制。
多址技术包括：跳时多址、跳频多址、直扩码分多址、波分多址等。
系统设计中，可以对调制方式与多址方式进行合理的组合。
4.1UWB调制技术(1)脉位调制脉位调制(PPM)是一种利用脉冲位置承载数据信息的调制方式。
按照采用的离散数据符号状态数可以分为二进制PPM(2PPM)和多进制PPM(MPPM)。