典型的超宽带技术的应用研究
UWB超宽带无线定位系统研究与设计
2020年第08期86UWB 超宽带无线定位系统研究与设计陶 凯华北电力大学，北京 102206摘要：文章以高精度定位需求为出发点，结合泛在电力物联网建设思想，采用 DecaWave 公司的 DW1000作为UWB（ Ultra -Wide Band，超宽带） 无线收发器，ST 公司的 STM32单片机作为定位系统的核心控制器，设计了UWB 定位系统基站标签一体化的硬件平台。
该平台可应用于电厂连续堆取料的斗轮机等高效装卸机械作业中，实现电厂堆取料作业的自动化。
在软件算法实现上，采用双向测距的机制准确估计基站（anchor）与标签（tag）之间的距离，通过下位机的硬件模块将测距信息发送给上位机进行处理。
上位机软件根据飞行时间（TOA -Time of Flight）定位算法计算标签与基站的距离，利用多个距离数据可计算出目标标签在三维空间中的坐标值。
此外，在坐标运算过程中采用改进的泰勒算法进行误差消除，从而完成高精度室内定位系统的设计与实现。
关键词：无线定位；UWB；飞行时间；定位系统；双向测距中图分类号：TN925.930 引言在巨大的市场需求的驱动作用下，建立室内实时定位系统（Real Time Location Systems，RTLS）［1］成为目前研究的焦点。
在定位系统的研究与设计中，UWB（Ultra -wideband，超宽带）技术已经在无线通信领域应用得极为广泛［2］。
相比于其他的传统无线信号，超宽带技术信号拥有更大的带宽，其频率范围在3.1 GHz~10.6 GHz ［3］。
同时，超宽带技术信号具有非常低的功率谱密度、高的时间分辨率［4］和良好的抗多径能力［5］。
因此，采用 UWB 技术的室内定位系统具有很高的实用价值。
在UWB 定位系统中，无线收发数据的芯片主要使用的是来自著名公司DecaWave 的产品——DW1000（超宽带无线收发芯片），该芯片根据基站与标签之间无线信号在空气中传播的时间（即飞行时间）来计算出该组物体之间的间隔距离，使用的测距算法为双边双向测距算法（dual -Sided Two -wayrange，DS -TWR）。
UWB超宽带技术研究及应用
１２ Ｕ ． ＷＢ的信号波形 Ｕ ＷＢ系统发送的是纳秒级脉冲 串， 冲宽度 远小于脉 冲之 脉
１５ Ｕ ． ＷＢ的特 点
由于Ｕ 独特 的频域和 时域特性 ， ＷＢ 使得 它具有 以下的特点 ａ ）系统结构的实现 比较简单： ＷＢ Ｕ 通过发送纳秒级脉； 来 中
传输数据信 号 其发射器直接用脉 ； 中小型 激励 天线 ．不需要功
图 １ 示。 所
家庭 网络 系统 由有线 系统和无线 系统综合构成 。其 中，有 线系统采用国际数字接 口标准Ｉ Ｅ １９ ｂ 在］ Ｅ １ ９ｂ Ｅ ４ ， Ｅ ４ 基础上 ． Ｅ ３ Ｅ ３ 家庭网络无线系统引入 了频谱高效率 的超宽带脉冲无线电技 术 ． 可提具有供灵活性和移动性 的宽带无线接入 ［］ ５。直扩序列超宽 带的 家庭 网络 把移动 高速 高性能无 线网无缝 隙 的扩 展至 有线
Ｕ ＷＢ总 线协 议 栈 结 构 如 下 图 ３ 示 。 所
Ｉ Ｅ ３ ４ 兼 容设备 Ｅ Ｅ１９
｛信道
Ｒ ＫＥ 收 Ａ 接
图 ２ Ｓ Ｕ 无线通信系统 Ｄ － ＷＢ ２ ２ 直接序列超宽带通信子网技 术 与无线 １ ９ 网桥综合 的家庭 网络结构支持 Ｉ Ｅ ４ ４ ３ Ｅ １９ 固定连 Ｅ ３ 接和Ｄ —Ｕ 无线连接。无线 Ｕ 总线系统的拓扑 结构 是呈现 Ｓ ＷＢ ＷＢ 星形 ，Ｈ Ｂ位置不是固定不变 ，管理所有挂在无线总线上 的子 Ｕ 站 ，负责维护帧结构 ，分配周期定时信息 。要监控在总线注册 的子站状态 ，在子站和子站 间广播通信质量信 息 ，显示 同步和 等时模式子站 的时 隙安排 ，控制 多址接入过程 保证输 出功率 在某一 电平之下。数据流的传输是 自组织网络中对等通信 的模 式 ，当一对子站之间直接链 路被 阻隔时 子站 和 Ｈ Ｂ也可 以承 Ｕ
关于超宽带(UWB)无线通信技术的分析研究
关于超宽带（UWB）无线通信技术的分析研究
随着科技的不断发展，无线通信技术也在逐步提升。
超宽带（UWB）无线通信技术作为一种新兴的无线通信技术，已逐
渐被工业界和学术界广泛认可。
本文将对超宽带无线通信技术进行分析研究。
首先，超宽带技术是指利用极短的脉冲信号进行通信的一种无线通信技术。
它具备宽带、低功耗、高速、高精度、低干扰等优点，可以在短距离范围内实现高速数据传输和定位服务。
与传统的无线通信技术相比，超宽带技术具有更高的频带利用率和系统容量，可以实现更安全和高效的通信服务。
其次，超宽带技术已经被广泛应用于各种领域。
在物联网领域，超宽带技术可以应用于智能家居、智能医疗、智能交通等多个领域，可以为人类生活带来更加便利和舒适的体验。
在电子商务领域，超宽带技术可以实现高速数据传输和快速支付，可以为现代商业带来极大的便利和效益。
此外，在智能制造、智慧城市等领域也可以应用超宽带技术。
再次，超宽带技术还存在一些挑战和问题。
例如，超宽带技术的系统复杂，需要高精度的硬件和软件支持。
此外，超宽带技术的应用范围和可靠性还需要进一步完善。
综上所述，超宽带无线通信技术已经成为当前无线通信领域的热门技术之一。
尽管它还存在一些挑战和问题，但它有着广阔的应用前景和市场前景。
随着科技的不断提升和完善，相信超宽带无线通信技术将在未来得到更广泛的应用和推广。
超宽带无线通信技术应用分析
超宽带无线通信技术近来，人们可能会注意到，在通信领域出现了一个新的技术词汇——超宽带无线通信，实际上，超宽带无线电的历史渊源，可以追溯到一百年前波波夫、马可尼发明越洋无线电报的时代。
现代意义上的超宽带UWB（UltraWide Band）无线电，又称冲激无线电（Impulse Radio）技术，出现于1960年代，但其应用一直仅限于军事、灾害救援搜索雷达定位及测距等方面。
2002年2月14日，这项无线技术首次获得了美国联邦通信委员会（FCC）的批准用于民用通信，从而引起了世界各国的广泛关注，自1998年起，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，这充分说明此项技术所具有的广阔应用前景和巨大的市场诱惑力。
UWB是一种无载波通信技术，它不采用正弦载波，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。
一般认为-10dB相对带宽超过25％，或-10dB绝对带宽超过1.5GHz就称为超宽带，后来FCC又将此带宽值修改为500MHz。
由计算信道容量的Shannon公式可知，在信道容量一定的情况下，带宽与信噪比可以互补。
UWB的带宽非常宽，目前FCC开放的频段是3.1-10.6 GHz，故UWB系统发射的功率谱密度可以非常低，甚至低于FCC规定的电磁兼容背景噪声电平（-41.3dBm—FCC Part15），所以短距离UWB无线通信系统与其他窄带无线通信系统可以共存。
UWB的传输速率可达几十Mbps～几Gbps；其收发信机结构简单，成本低于全数字化；并且其固有的抗多径衰落功能很强。
UWB发射脉冲持续时间远小于脉冲重复周期，平均发射功率很低，使UWB 技术在实现超宽带信号时域波形高传输数据率的同时也有着低功耗的显著优点。
超宽带技术在实现同样传输速率时，功率消耗仅有传统技术的1/10-1/100。
超宽带无线通信技术的应用及发展前景分析
超宽带无线通信技术的应用及发展远景剖析【纲要】文章概括了超宽带无线通信技术的观点及特色，并总结了超宽带无线通信的优势，在此基础上，针对超宽带无线通信技术的实质应用进行了深入地剖析，旨在为同行供给参照借鉴。
【重点字】超宽带无线通信电子通信优势应用跟着全世界各地通信网络的快速，超宽带无线通信技术作为新兴技术也获取了快速的发展，在这个技术领域里，超宽带技术拥有较大的发展远景，进而在我国各个领域获取了宽泛的应用。
当前，超宽带技术在应用中变得愈来愈成熟，相信在将来的信息网络中将会发挥的重要性的作用。
下边联合笔者的工作经验，商讨了超宽带无线通信技术的应用及发展远景。
一、超宽带无线通信技术概括超宽带无线通信技术是指能够在超宽带的带宽长进行信号的传输。
超宽带一词最先使用于美国的国防部，那时是为了利用超宽带技术来实现对某一频次范围内信号的定义。
与一般通信方式对比，超宽带技术采纳的是一种极短的脉冲信号，每个脉冲信号的连续时间往常只有几十皮秒到几纳秒，在最大数据的传输速率上能够实现每秒几百兆比特。
二、超宽带无线通信的优势2.1 使用的宽带大、传输速率高超宽带无线通信技术和其余无线系统对比，拥有制造成本低的优势，同时在生产制造过程中所用技术简单，发送功率要比现有的无线系统要低好多。
在无线通信系统发展中，其空间容量也更大。
在频域上，超宽带无线通信技术在超越上拥有很广的范围，能够保证在喧闹复杂的环境中不被检测到，拥有很强的安全性。
同时，无线通信技术拥有相当高的穿透力，宽泛的应用于检测、定位等领域。
超宽带无线通信技术所供给的高速率的无线通信数据传输速率能够同时知足很多大容量的多媒体流的传输。
2.2 拥有高强度的保密性超宽带无线通信技术采纳的信息接收系统是采纳的跳时扩频。
只有超宽带无线通信系统的接收机知道发送端的脉冲序列，才能在数据信号发射和接收的过程中保证高度的安全性。
同时超宽带无线通信技术拥有低功率的发射优势，在信息化和数字化发展的信息时代，很难在喧闹的环境中被检测到。
超宽带无线通信系统关键技术及应用
超宽带无线通信系统关键技术及应用摘要:超宽带技术是目前正被广泛研究的一种新兴无线通信技术。
本文重点介绍了超宽带无线通信系统中物理层及上层的关键技术,并详细描述了超宽带技术在军事应用、智能交通以及智能家居领域中的应用前景。
关键词:超宽带信道建模定时同步Rake接收信道估计1 引言近年来,超宽带(Ultra-wideband,UWB)技术开始用于民用高速、定位和近距离无线通信等领域,并取得了较快发展。
UWB技术具有许多优点:传输速率高、系统容量大、抗多径能力强、功耗低、成本低。
然而,UWB系统中许多基本问题尚未解决。
物理层关键技术的研究引起了国内外学者的极大兴趣。
UWB信道严重的频率选择性衰落特征和系统的低辐射功率限制对接收机设计提出严峻的挑战。
为优化接收机设计,必须对定时同步、信道估计、接收机结构等若干关键技术进行深入研究。
2 超宽带无线通信系统关键技术2.1 信道建模为进行正确的系统设计,理解并量化多径传播的影响,建立可靠的、可以捕捉到信道特性的模型是重要的,它是UWB通信系统设计和研究的基础。
IEEE工作组的目标就是选择正确的模型用于描述UWB 传播信道,以对传输方案性能进行评估。
其中,IEEE 802.15.3a工作组主要考虑短程高速无线个域网通信环境,而无线传感网低廉低功耗网络应用技术标准则由IEEE802.15.4a工作组负责。
与稳定可观测的有线信道不同,无线信道随机且不易分析,该模型的获取一直是无线系统设计中比较棘手的问题。
目前,关于UWB信道的测量方法已有很多[1]:直接UWB脉冲探测法;扫频测量法;射线跟踪法等。
2.2 定时同步定时同步是通信系统中至关重要的问题。
在UWB系统中,由于信号持续时间非常短,且信号功率很低,使同步捕获和跟踪变得相当困难。
UWB信道的密集多径特征进一步增加了定时同步的复杂性。
目前提出的UWB系统定时同步方法可以分为数据辅助定时同步和盲定时同步[2]。
2.3 Rake接收机克服多径影响的方法之一就是利用Rake接收机,也即匹配每一条路径进行时间分集,把输出的结果按某种准则合并,形成一个充分统计量进行判决,这样可以极大地减弱多径的影响。
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）
超宽带通信技术在军用通信中的应用
超宽带通信技术在军用通信中的应用随着科技的不断发展，通信技术也在不断进步。
目前，超宽带通信技术已经成为最具潜力和前景的通信技术之一。
而在军事领域，超宽带通信技术的应用也日益广泛。
一、超宽带通信技术的基本概念超宽带通信技术是目前通信技术的一种新型技术。
所谓超宽带，指的是无需调制和调制解调过程，可以在一定带宽内，传输大量信息的通信技术。
超宽带通信技术的优点在于传输速度快、传输内容多、传输可靠性高等。
二、超宽带通信技术在军事通信中的优势1. 传输速度快：超宽带通信技术的传输速度非常快，可以达到几十甚至上百兆的传输速率，对于军事指挥、通信等应用领域非常优秀。
2. 传输内容多：超宽带通信技术的传输容量非常大，可以传输大量信息，对于军队指挥、情报收集、图像传输等场景非常有用。
3. 传输可靠性高：超宽带通信技术的传输可靠性非常高。
这是因为在传输过程中遇到干扰时，传输信号会被分离成多个不同的频段，被接收端重新组合，从而提高了数据传输的可靠性。
三、超宽带通信技术的应用场景1. 军队指挥通信场景：超宽带通信技术可以大大加快军队指挥的速度和效率，使得部队指挥更加快捷、准确和有效。
2. 情报收集场景：超宽带通信技术可以帮助军方更快地获得情报信息，提升军队对情报收集和分析的能力。
3. 图像传输场景：超宽带通信技术可以传输高清晰度、高质量的图像信息，对于战争前线的实时图像传输非常有用。
4. 军人训练场景：超宽带通信技术可以为军人训练提供高质量的音视频教学材料，使得军人快速掌握必要知识和技能。
四、超宽带通信技术的发展前景随着科技发展的不断深入，超宽带通信技术的发展前景非常广阔。
尤其在军事领域中，超宽带通信技术有着广泛的应用前景。
未来，超宽带通信技术将进一步完善和发展，为军事通信提供更加优秀的支持。
总之，超宽带通信技术是目前最具潜力和前景的通信技术之一，在军事通信中的应用也越来越广泛。
超宽带通信技术在军队指挥、情报收集、图像传输、军人训练等领域中发挥了很大的作用，未来也将会有广阔的发展前景。
超宽带通信技术的研究与应用
用于 雷达 、 个人 家庭 等通信 网络 和精准定 位系 统。 国际对超 宽 带无线通 信 的研
发 随着 科 技进步 和社会 发展 需求越 来越 深入 美 国早在 ２ ０ ０ ２ 年初， 就正 式通 过 了超 宽带 技术应 用于 民间的方 案 ， 确定 了包括 车载雷 达 、 成像 和测量 与通信 等 系统 ， 并 给 出相应 的规 定 。 ２ ３ 超宽 带技术 实际 应用 超宽 带无线通 信组 网是根 据超宽 带技术的特 点建立的 管理系统 ， 由若 干装 甲车 的超短 波和超 宽带 电 台组成的 。 为 能更方 便的适 应现存 的复 杂 电磁 环境 ，
应用 技 术
ｌ ■詈 ，
超宽 带 通 信 技 术 的 研 究 与 应 用
赵 杰
（ 中 国 电子 科技 集 团公 司第 五十 四研 究所 河北 石 家庄 ０ ５ ０ ０ ８ １ ）
［ 摘 要］ 超宽 带脉 冲通 信技术 是现 代宽 带通 信技 术 中的一种 新 型通信 技术 。 详 细分 析超 宽带通 信 技术在 国 内外 的最新研 究 和实 际应用 情 况 ， 同时也 介 绍现 代超 宽带通 信技 术 的特点 。 （ 关键 词］ 超 宽带 通信 技 术 最新 研究 实 际应 用 中图分 类号 ： Ｔ Ｎ９ ２ ５ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ２ ３ ４ ～ ０ ｌ
超宽带 系统 之所 以要 和其他很 多无线通信 系统的频段 相重叠 ， 是 因为 它需
要 使用 很宽的 频带 ， 理论 上超宽 带系统 因为 发射功 率谱密 度非 常之低 ， 完 全能 够 与其他 系统共 存 ， 但如果 要在 实际 中应用 操作 ， 在很 多方 面还需要 大量 实验
超宽带通信系统的设计与实现技术研究与分析
超宽带通信系统的设计与实现技术研究与分析在当今信息高速发展的时代，通信技术的不断革新成为了推动社会进步的关键力量。
超宽带通信系统作为一种具有巨大潜力的通信技术，凭借其独特的性能优势，正逐渐在众多领域崭露头角。
超宽带通信系统的基本原理是通过发送极窄脉冲来传输信息，其带宽远远超过了传统的通信系统。
这种宽带特性使得超宽带通信系统能够在短距离内实现高速数据传输，同时具有低功耗、高精度定位等优点。
在超宽带通信系统的设计中，首先要考虑的是脉冲的产生。
为了获得高质量的超宽带脉冲，通常采用纳秒级甚至皮秒级的窄脉冲发生器。
这些脉冲发生器的设计需要综合考虑电路的稳定性、脉冲的宽度和幅度等因素。
天线的设计也是至关重要的一环。
由于超宽带信号的带宽极宽，对天线的带宽要求也相应很高。
常见的超宽带天线有平面单极子天线、缝隙天线等。
这些天线的设计需要在保证宽带性能的同时，尽可能减小尺寸，提高辐射效率。
此外，信号的调制和解调技术也是超宽带通信系统设计的关键。
直接序列扩频、脉冲位置调制等调制方式在超宽带通信中得到了广泛应用。
在解调过程中，需要精确的时间同步和信号检测算法，以确保数据的准确恢复。
在实现超宽带通信系统时，硬件平台的搭建是基础。
高性能的数字信号处理器、射频芯片等组件的选择和集成需要充分考虑系统的性能要求和成本因素。
同时，软件的开发也是不可或缺的一部分。
通信协议的编写、信号处理算法的实现都需要专业的软件工程师来完成。
为了提高超宽带通信系统的性能，多径衰落的抑制是一个重要的研究方向。
由于超宽带信号在传播过程中会经历多条路径，导致信号的衰落和失真。
通过采用分集接收、均衡技术等手段，可以有效地减轻多径衰落的影响，提高通信质量。
另外，超宽带通信系统与其他通信系统的兼容性也是需要解决的问题。
在实际应用中，超宽带通信系统往往需要与蓝牙、WiFi 等其他无线通信技术共存。
因此，如何避免相互干扰，实现和谐的频谱共享，是一个具有挑战性的课题。
超宽带技术的应用及发展解析
超宽带技术的应用与发展一、前言跟着计算机通讯技术的不停发展，无线传输技术获取了宽泛的应用，而超带宽（UWB）技术作为一种新式短距离高速无线通讯技术正占有主导地位，超带宽技术又被称为脉冲无线发射技术，是指占用带宽大于中心频次的1/4或带宽大于的无线发射方案，超带宽技术在2002年从前主要应用于雷达和遥感等军事领域，UWB技术不需载波，能直接调制脉冲信号，产生带宽高达几兆赫兹的窄脉冲波形，其带宽远远大于目前任何商业无线通讯技术所占用的带宽，UWB信号的宽频带、低功率谱密度的特征，决定了UWB无线传输技术拥有以下优势：易于与现有的窄带系统（如全世界定位系统（GPS）、蜂窝通讯系统、地面电视等）公用频段，大大提升了频谱利用率。
易于实现多用户的短距离高速数据通讯；目前，UWB技术在商业多媒体设施、家庭和个人网络方面的应用正在不停发展。
二超宽带技术的特色应用1、超宽带技术解决了困扰无线技术多年的有关流传方面的问题，如发射信号功率谱密度低、低截获大问题，拥有对信道衰败不敏感的问题，又拥有能力、系统复杂程度低、能供给厘米级的定位精度等长处；它在无线局域网、城域网和个人局域网的应用中，可供给低功耗、超带宽及相对简捷的通讯技术，特别合用于室内等密集多径场所的高速无线接入，可实现ＰＣ与挪动设施、花费电子等信息终端的小范围智能化互联，进而组建个人化的办公或家用信息化网络。
超带宽（ＵＷＢ）无线通讯技术以它高速率、高性能、低成本、低功耗等特色成为最拥有竞争力的ＷＰＡＮ实现技术，并已成功应用于多个方面。
２、超宽带技术特色（１）体积小、成本低、系统构造实现简单、ＵＷＢ不使用载波，直接发射脉冲序列，不需要传统收发器所需要的上、下变频，进而不需要功用放大器与混频器，所以ＵＷＢ设施集成更为简化。
脉冲发射机和接收机前端可集成在一个芯片上，再加上时间基和一个微控制器，便可构成一部超宽带通讯设施。
（２）传输速率高数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化是通讯发展的主要趋向。
(完整版)UWB—超宽带无线通讯技术及应用
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)
(2)
探地雷达 穿墙成像
墙内成像 监视系统
1 UWB技术背景和概述
➢1.3 UWB 技术背景
Emitted Signal Power
GPS PCS
WIFI, Bluetooth 802.11b
WIFI 802.11a
-41 dBm/MHz
UWB Spectrum
1.6 1.9 2.4
3.1
5
10.6
Frequency (GHz)
1 UWB技术背景和概述
➢ 2.1 UWB 使用基带窄脉冲波形
脉冲无线电（Impulse Radio）是早期超宽带系 统的代名词，专指采用冲激脉冲（超短脉冲） 作为信息载体的非正弦载波无线电技术。
该技术有别于传统使用正弦载波的窄带无线系 统，属于基带、无载波通信的范畴。
2.UWB无线通信技术原理
➢ 2.1 UWB 使用基带窄脉冲波形
医疗成像
室内UWB设备辐射掩蔽
室外手持设备
1 UWB技术背景和概述
➢1.3 UWB 技术背景
FCC（美国联邦通信局）：
对UWB系统所使用的频谱范围规定
带宽规定： 绝对带宽 （Absolute Bandwidth） 相对带宽 （Fractional Bandwidth）
绝对带宽大于500MHz 相对带宽大于25%
基带窄脉冲形式是UWB通信最早采用的信号形 式，一般来说它的工作脉宽是纳秒级的
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。
UWB超宽带传输技术及其应用
新型高速无线传输技术及应用摘要UWB技术是目前最理想的低功耗、高带宽的短距离无线传输技术。
UWB技术的相关研究以及应用也成了目前研究的热点话题。
介绍了UWB的基本技术及相关知识，包括其定义、技术实现、相关调制技术及优缺点。
并将UWB与其他几种技术做简单比较，突现了UWB在高速率传输、低功率发射、低功耗、大空间容量等多方面的优势。
最后，介绍了UWB在数字家庭及无绳USB方面的应用。
UWB（Ultra WideBand）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1 GHz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。
FCC规定，UWB的工作频段范围从3.1 GHz到10.6 GHz，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，另一个是采用不采用载波方式。
从传输带宽看，按照美国联邦通信委员会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10亿个脉冲。
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相对于传统的无线电波而言，相当于噪声，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。
一、UWB的实现UWB系统结构实现比较简单，UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，允许采用非常低廉的宽带发射器。
在接收端，不需要中频处理。
高速数据传输时，民用商品中，一般要求UWB信号的传输范围为10 m以内，其传输速率可达到5 00 Mbit/s以上。
UWB系统使用间隙的脉冲来发送数据，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低。
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(UWB)技术及其军事应用
超宽带(UWB)技术及其军事应用摘要:文章简要介绍了超宽带技术的概念、原理和主要技术特点,对超宽带技术在军事上的应用进行了探讨和分析。
关键词:无线通信;超宽带(UWB)技术;军事应用伴随着无线通信技术的快速发展,不同种类的无线通信系统不断涌现,使得可使用的频谱资源日渐趋于饱和。
但是,无线通信系统的要求标准也在不断提高:更高的数据传输速率、成本更低以及功耗更小。
UWB技术独树一格,它将会为无线局域网LAN、个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高宽带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,有截获能力,系统复杂度低,能提供数厘米的定位精度等特点。
适用军事通信应用中。
1短距离无线通信技术简介近年来,由于数据通信需求的推动,加上半导体、计算机等相关电子技术领域的快速发展,短距离无线通信技术与移动通信技术——蓝牙技术、射频识别技术、UWB技术等都取得了令人瞩目的成就。
短距离无线通信通常指的是100 m以内的通信,分为高速和低速两类。
高速短距离无线通信最高数据率>100 Mbit/s,通信距离<10 m,典型技术有高速UWB。
低速短距离无线通信的最低数据速率<1 Mbit/s,通信距离<100 m,典型技术有蓝牙、紫蜂和低速UWB。
2超宽带(UWB)技术了解超宽带技术,首先要明白什么是“超宽带”,2002年美国联邦通信委员会颁布的频谱规划得到人们的普遍认同。
它是指信号相对带宽(即信号带宽与中心频率之比)大于0.2或绝对带宽大于500 MHz的技术,在无需授权机制下允许的通信频谱范围为3.1～10.6 GHz,并在这一频率范围内,带宽为1 MHz的辐射体在三米距离处产生的场强不得超过500 V/m,相当于功率谱密度为75 nW/MHz,即41.3 dBm/MHz。
超宽带无线技术从信号形式来看,大体可分为两大类:一类是基带窄脉冲形式; 另一类是带通载波调制方式。
超宽带无线通信技术及应用
超宽带无线通信技术及应用毕业设计（论文）专业无线电技术班次 11613姓名曾麒麟指导老师杨新明成都工业学院二0一四年目录前言 0第1章绪论 (1)第2章 UWB技术简介 (3)2.1 超宽带无线技术的背景 (3)2.2 超宽带无线技术的概念 (4)2.3 超宽带无线技术的主要特点 (5)2.4 超宽带与其他近距离无线通信技术的比较 (6)2.5 超宽带系统对其它系统的干扰 (8)第3章超宽带技术的关键技术 (9)3.1 超快带系统的基本模型 (9)3.2 脉冲成形技术 (9)3.2.1 超宽带系统对脉冲波形的要求 (10)3.2.2 高斯脉冲的时域波形 (10)3.2.3 高斯脉冲的频谱特性 (12)3.2.4 形成因子 对高斯脉冲的影响 (14)3.3超宽带脉冲调制技术 (15)3.3.1 脉冲位置调制（PPM） (16)3.3.2 脉冲幅度调制（PAM） (16)3.3.3 多频带脉冲调制 (17)3.4超宽带系统多址技术 (17)3.4.1 TH-PPM多址方式 (18)3.4.2 DS-CDMA多址方式 (19)3.4.3 PCTH超宽带多址技术 (20)3.4.4 几种多址技术的比较 (20)第4章超宽带接收机关键技术 (22)4.1 RAKE接收机 (22)4.2 多径分集接收策略和多径合并策略 (23)4.2.1 多径分集接收策略 (23)4.2.2 多径合并策略 (24)4.3 定时同步技术 (24)4.4 信道估计技术 (25)第5章 UWB技术的标准化进程及其应用 (26)5.1 UWB信号的频谱管理 (26)5.1.1 规范UWB信号频谱的必要性 (26)5.1.2 FCC关于UWB信号频谱的规范 (26)5.2 超宽带技术的应用 (27)5.2.1 超宽带技术在高速无线网络中的应用 (28)5.2.2 超宽带技术在军事方面的应用 (29)5.3 超宽带技术的不足与改进 (29)6.1 超宽带天线的发展 (30)6.2 超宽带芯片设计 (30)6.3 超宽带商用产品的开发 (31)6.4 超宽带技术的发展与应用前景 (31)结语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)前言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。
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。
无线体域网(WBAN)中超宽带及可穿戴天线的研究
无线体域网（WBAN）中超宽带及可穿戴天线的研究无线体域网（WBAN）中超宽带及可穿戴天线的研究摘要：无线体域网（WBAN）是一种针对医疗和健康监测应用的无线通信技术，其能够实现对人体生理状态的实时监测和数据传输。
而超宽带（UWB）和可穿戴天线是WBAN中实现高速数据传输的重要技术之一。
本文将探讨WBAN中超宽带及可穿戴天线的研究进展和应用前景。
一、引言无线体域网（WBAN）作为一种新型的无线通信技术，已经成为医疗和健康监测领域的研究热点。
WBAN可以将多个传感器节点部署在人体附近，通过无线通信实现对人体各项生理指标的监测，如心率、体温、血氧等。
同时，WBAN还能够实时传输监测数据至医疗服务中心，为医护人员提供及时准确的数据支持。
二、超宽带技术在WBAN中的应用超宽带（UWB）技术指的是采用宽带和短脉冲的无线通信技术。
在WBAN中，UWB可以提供高速率和低能耗的数据传输。
UWB的工作频段位于3.1GHz到10.6GHz，可以实现较大带宽的数据传输。
同时，UWB的低能耗特性使其非常适合于WBAN系统中功耗有限的无线传感器节点。
三、可穿戴天线在WBAN中的应用可穿戴天线是指将天线技术与可穿戴设备相结合，用于无线通信。
WBAN中的可穿戴天线可以将传感器节点直接集成到人体服装或配饰中，实现对人体各项生理指标的监测。
相比传统的固定式天线，可穿戴天线能够更好地适应人体的运动和变化。
同时，可穿戴天线还可以减少WBAN系统中的电磁辐射对人体的影响。
四、超宽带及可穿戴天线联合应用超宽带技术和可穿戴天线在WBAN中可以实现更高的数据传输速率和更准确的监测结果。
通过将超宽带技术和可穿戴天线相结合，可以实现更广泛的应用场景，包括医疗监测、体育运动、老年关怀等。
五、研究进展和应用前景目前，超宽带及可穿戴天线在WBAN中的研究正在不断发展。
研究者们致力于优化超宽带技术的带宽利用率和功耗，提高可穿戴天线的稳定性和性能。
同时，WBAN的应用前景也非常广阔，将为医疗和健康监测领域带来巨大的发展机会。
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超宽带技术是一种全新 的无线通信技术 ，超宽带通常定义为带宽在
１ ． ５ Ｇ Ｈ ｚ 以上或带宽离 中心频率 ２ ５ ％以上 的信号。由于它发送 的脉冲非常
短 ，因而 ， 具有非常宽的带 宽 ， 也称为脉冲无线 电技术。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 的技术。
（ 五 ）抗衰落及 多径 分辨能力强
Ｕ ＷＢ信号 的大带宽特性使得基于 Ｕ ＷＢ无线电的多址接人通信系统 能够容纳很 多用户。 虽然理论上也可以利用不 同过零数的 Ｕ ＷＢ信号来达
地接收端的参考信号相关就可以得 到所需数据，而且这种方法可 以以较 低 的发射功率而获得相 同的信噪比（ ｓ Ｎ Ｒ ） 。 对一定功率的 Ｕ ＷＢ信号来说 ，
因其频谱范围非常宽 ，它的频谱 幅度远低于其他接收机噪声容限 ， 所以 即时窃听用接 收机对 Ｕ ＷＢ 脉冲的响应 幅度也是非常微弱。 这一特性最早
局域 网，前者传输半径为数百米后者为数十米 。随着人们对 现代科技依
二、超宽 带的特点
（ 一） 数据传输 高速可 靠 高速发展 的多媒体业务在不断 向着数字化、智能化 、小型化 和个人
赖度的提高 ， 来自 家庭和商业领域 的关于高速无线传输的新 功能和新要 求越来越多 ， 这无疑是对高速无线传输网络拥有更宽带宽的能力提 出的
新的挑战。出于对增加带宽的持续妻求，目前除了现有基于 ｗｉ — Ｆ ｉ 和蓝
牙技术的 ＷＰ Ａ Ｎ ｓ 产品之外， 相关技术人员正逐步尝试采用超宽带技术来 建立一种 “ 可变高速物理层”用以满足当下用户对无线传输网多用户 、
化发展 ，在此之中高速 、超高速的数据传输技术是一项重要基础和前提 技术 。在大多数数字通信系统中 ， 带宽等效或近似等同于信道符 号率。 因此 ，传统窄带系统为 了获得较高的数据传输速度 ， 纷纷在基于现有技
容易实现全数字化的结构 。
（ 三 ）较 高的处理增益
在通信系统中处理增益定义为接收机前端输入噪声带宽与输出数据 带宽之 比。没有考前 向纠错编码和统计分布 的干扰 ， 但研究表明无论有
没有编码 ，按照最终 比特率定的处理增益都是有效的，且干扰对接收机
提及定位技术首当其冲的应该就是 Ｇ Ｐ Ｓ 技术 ， 但 由于 Ｇ Ｐ Ｓ 信号在室
内环境下的信非常微弱，所以可以考虑在室 内或其他 Ｇ Ｐ Ｓ 信号非常微弱
的环境下使用其他定位 系来代替 Ｇ Ｐ Ｓ 进行定位。但 由于室内环境存在遮 蔽以及墙体 、物体 的多重反射 ，室内境下的无线 电定位技术又是相 当困
输 的影响非常类似高斯函数。ｕ ｗＢ 设的带宽往往是非常宽的 ， 所以 在
一
、
超宽 带技术的定义
的研究 、 发展和改进 ，目 前基于 Ｕ ＷＢ技术的无线多媒体家域个域 网、 雷 达定位 、 成像 系统 、智能交通 系统 已广泛应用于军事 、 公安 、救援 、医 疗 、测量等多个领域 。
（ 一 ）高速无线个人局域 网 （ Ｗ Ｐ Ａ Ｎ ｓ ） 目前在无线技术领域的两大主流应用分别为无线局域网和无线个人
Байду номын сангаас
用于军方 、 政府办公 室、保密船舶等保密场所的 ｗＬ Ａ Ｎ通信 ，用以提高 Ｗ Ｌ Ａ Ｎ 传输的防窃听能力 。现在 由于超宽带技术 的民用化 ， 它也广泛应
用于商业和民用隐私场所保密通信 。
（ 三 ）室 内定 位
秒级脉冲来传输数据信号 ， 射频 、 模拟以及信号处理部件都相对较简单 ，
典型的超宽带技术的应用研究
杨 莉萍 王思思 国脉通信规划设 计有限公 司 黑龙江 哈 尔滨
１ ５ ０ ０ ４ ０
【 摘 要 】近年来超 宽带技 术为何如 此受到越来越 多的学者 、军方以及 商家的追捧 其根本原 因在 于同传统 无线 电技术相 比超宽带技术有着众多独 有 的特点 ，而正是这些特点使它有着许多窄带 系统无法比拟的优 势。 【 关键词 】超 宽带技术 特点 应用 中图分类号 ：Ｔ Ｎ９ ２ ５文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ０ ０ ９ — ４ ０ ６ ７ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ６ ８ 一 Ｏ ｌ
术下提高载波频率 。而超宽带系统天生工作频带极宽 ，在信噪比一定 的 情况下 ，它可以轻松实现很高速率的信息可靠传输 ； 或者在传输 速率一
高速率 、大带宽的要求 。
（ 二 ）低 功率 隐秘通信
Ｕ ＷＢ波形实际可给予 的带宽远超过高速数据通信所需要的带宽 ， 所
以在频域还留有不少空间用来传输码调制数据信号 。使用该调制码 与本
定的情况下， 它可以实现低信 噪比下的可靠传输。同时 Ｕ ＷＢ系统不 占 用 现有频率资源 ，而是在不影响其他无线系统的情况下 ，共享它们的频率 资源 ，达到无线 电 频率资源使用效率的最大。
（ 二 ）结构 简单 功耗低保 密性好 Ｕ ＷＢ系统与传统无线电系统相 比 省去 了功率放大器 、 混频器、过滤 器、 Ｒ Ｆ ／ Ｉ Ｆ 转换及本地振荡器等复杂模块 ， 它通过 间歇 陛发射纳秒 、 亚纳
很 多应用下都可 以同时获得高数据速率和处理增益。
（ 四 ）较强的穿透性
难的。现有的室内定位技术有 ＷＰ Ｓ 和基于蓝牙技术的定位系统 ， 但这两 种技术都有定位误差大、定位范围小 、 易被干扰等诸多不足 。Ｕ ＷＢ技术 凭借其大带宽而有着很好的时域特性 ，采用了时域位置方法成功解决 了 室内多径干扰这一难题 ， 且具有高距 离高时间分辨率 、 抗干扰 、 反隐身、 穿透性强、高处理增益 ，成为当下室 内探测定位的首选技术。
（ 四） 多址通信
众所周知 ，频率 的高低与信号的穿透能力成反 比， 信号带宽的大小 与信号携信息量力大小成正 比。传统窄带通信为了获得较宽 的带宽必须
使用较载频 ，而随着载频的不断升高其传输损耗又在不断增加 ，进而导
致穿透能力非常有 。 超宽带系统却可 以解决这个矛盾 ， Ｕ ＷＢ信号可 以在 较低的中心频率下获得较高 的据传输率 。