(完整版)超宽带(UWB)技术
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简 写为IR）。信息数据符号对脉冲进行调制，最常用的两种调制方 式是脉冲位置调制（PPM）和脉冲幅度调制（PAM）。直接序列 扩谱（DS-SS）就是编码后的数据符号对基本脉冲的幅度进行调 制，这在冲激无线电（IR）中被称为直接序列超宽带（DS-UWB， Direct-Sequence UWB）。 1、直接序列超宽带信号的产生
微波通信
输出信号s(t)可表示为： s(t) d j p(t jTs ) j
若使用PPM调制器代替PAM调制器，得到的信号可表示为：
s(t)
j
p(t
jTs
d
j
1 )
2
UWB 技术采用脉冲位置调制(PPM )单周期脉冲来携带信息和
信道编码,一般工作脉宽为0. 1～1.5 ns,重复周期为25～1 000 ns 。
Internet 网关
50
1瓦以下
电脑、电话及 移动设备
Leabharlann Baidu
微波通信
这些流行的短距离无线通信标准各有千秋，这些技术之间存在 着相互竞争， 但在某些实际应用领域内它们又相互补充。 四、超宽带技术原理
发射超宽带（UWB）信号最常用和最传统的方法是发射时域上 很短的脉冲。这种传输技术称为“冲激无线电”（Impulse Radio，
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
微波通信
三、与其它短距离无线技术的比较 常见的短距离无线技术由IEEE802.11a、蓝牙、HomeRF。
UWB
蓝芽
802.11a
HomeRF
速率（bps） 最高达1G ＜1M
54M
1~2M
距离（米） 功率 应用范围
＜10
1毫瓦以下
探距离多媒 体
10
10~100
1~100毫瓦 1瓦以上
家庭或办公室 电脑和
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
由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空 比极低，多径信号在时间上是可分离的。因此适合室内等复杂环 境下的高速传输。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落 深达10～ 30 dB 的多径环境， 对超宽带无线电信号的衰落最多不
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 发射出去并有足够带宽,必须有足够陡峭的上升/下降沿和足够窄的
微波通信
宽度。UWB 的脉冲宽度用于军事雷达系统时,最短在ps 级水平;在 民用上,一般在ns 级。ns 为1s 的十亿分之一, 这意味着,如果一个脉 冲代表一个数位,那么UWB 有能力在1s 内传送10 亿个数位,即1 Gbit/ s 的速率;若脉冲宽度降至0. 1 ns, 则速率可达10 Gbit/ s 。 3、功耗低
微波通信
❖ 超宽带(UWB)无线通信技术 一、概述
超宽带UWB由Ultra Wideband缩写而成，它是一种无载波通信 技术，利用时间间隔极短(小于1 ns)的非正弦波窄脉冲传输数据。
超宽带和其它的“窄带”或者是“宽带”主要有两方面的区别： 1、超宽带的带宽，按照美国联邦通信委员会（FCC）的定义信 号带宽大于1.5GHz，或信号带宽与中心频率之比大于25％为超宽 带；信号带宽与中心频率之比在1％～25％之间为宽带，小于1％ 为窄带，可见UWB的带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。 2、超宽带的无载波传输方式。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，载波的频率和功率在一定范
微波通信
典型高斯单调周期脉冲的时域和频域如下图所示。
实际通信中使用一长串的脉冲,周期性重复的单脉冲时域和频域 特性如下图所示。
微波通信
频谱中出现了强烈的能量尖峰,这是由于时域中信号重复的周期 性造成了频谱的离散化。这些尖峰将会对传统无线电设备和信号 构成干扰,而且这种十分规则的脉冲序列也没有携带有用信息。改 变时域的周期性可以减低这种尖峰,即采用脉冲位置调制(PPM ) 。
同时可以对一个相对长的时间帧内的脉冲串,按位置调制进行编 码,特别是采用伪随机序列编码。
微波通信
磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。 4、安全性高
由于UWB 信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对 一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且大多数情况 下，UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声 中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参 数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。 5、多径分辨能力强
由于UWB 脉冲极窄、频带极宽, 其带宽相当于1 000 个电视频 道或3万个FM 广播频道,因此单位频宽内的功率密度相当低。美国 FCC 对UWB 的发射功率做了严格限制, 其功率密度甚至低于一般 的噪声水平(比如低于一部笔记本电脑的辐射) 。因此,UWB 对 其他设备的影响微乎其微。UWB系统误码率可达到10-8、10-9。
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输出信号s(t)可表示为： s(t) d j p(t jTs ) j
若使用PPM调制器代替PAM调制器，得到的信号可表示为：
s(t)
j
p(t
jTs
d
j
1 )
2
UWB 技术采用脉冲位置调制(PPM )单周期脉冲来携带信息和
信道编码,一般工作脉宽为0. 1～1.5 ns,重复周期为25～1 000 ns 。
Internet 网关
50
1瓦以下
电脑、电话及 移动设备
Leabharlann Baidu
微波通信
这些流行的短距离无线通信标准各有千秋，这些技术之间存在 着相互竞争， 但在某些实际应用领域内它们又相互补充。 四、超宽带技术原理
发射超宽带（UWB）信号最常用和最传统的方法是发射时域上 很短的脉冲。这种传输技术称为“冲激无线电”（Impulse Radio，
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
微波通信
三、与其它短距离无线技术的比较 常见的短距离无线技术由IEEE802.11a、蓝牙、HomeRF。
UWB
蓝芽
802.11a
HomeRF
速率（bps） 最高达1G ＜1M
54M
1~2M
距离（米） 功率 应用范围
＜10
1毫瓦以下
探距离多媒 体
10
10~100
1~100毫瓦 1瓦以上
家庭或办公室 电脑和
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
由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空 比极低，多径信号在时间上是可分离的。因此适合室内等复杂环 境下的高速传输。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落 深达10～ 30 dB 的多径环境， 对超宽带无线电信号的衰落最多不
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 发射出去并有足够带宽,必须有足够陡峭的上升/下降沿和足够窄的
微波通信
宽度。UWB 的脉冲宽度用于军事雷达系统时,最短在ps 级水平;在 民用上,一般在ns 级。ns 为1s 的十亿分之一, 这意味着,如果一个脉 冲代表一个数位,那么UWB 有能力在1s 内传送10 亿个数位,即1 Gbit/ s 的速率;若脉冲宽度降至0. 1 ns, 则速率可达10 Gbit/ s 。 3、功耗低
微波通信
❖ 超宽带(UWB)无线通信技术 一、概述
超宽带UWB由Ultra Wideband缩写而成，它是一种无载波通信 技术，利用时间间隔极短(小于1 ns)的非正弦波窄脉冲传输数据。
超宽带和其它的“窄带”或者是“宽带”主要有两方面的区别： 1、超宽带的带宽，按照美国联邦通信委员会（FCC）的定义信 号带宽大于1.5GHz，或信号带宽与中心频率之比大于25％为超宽 带；信号带宽与中心频率之比在1％～25％之间为宽带，小于1％ 为窄带，可见UWB的带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。 2、超宽带的无载波传输方式。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，载波的频率和功率在一定范
微波通信
典型高斯单调周期脉冲的时域和频域如下图所示。
实际通信中使用一长串的脉冲,周期性重复的单脉冲时域和频域 特性如下图所示。
微波通信
频谱中出现了强烈的能量尖峰,这是由于时域中信号重复的周期 性造成了频谱的离散化。这些尖峰将会对传统无线电设备和信号 构成干扰,而且这种十分规则的脉冲序列也没有携带有用信息。改 变时域的周期性可以减低这种尖峰,即采用脉冲位置调制(PPM ) 。
同时可以对一个相对长的时间帧内的脉冲串,按位置调制进行编 码,特别是采用伪随机序列编码。
微波通信
磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。 4、安全性高
由于UWB 信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对 一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且大多数情况 下，UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声 中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参 数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。 5、多径分辨能力强
由于UWB 脉冲极窄、频带极宽, 其带宽相当于1 000 个电视频 道或3万个FM 广播频道,因此单位频宽内的功率密度相当低。美国 FCC 对UWB 的发射功率做了严格限制, 其功率密度甚至低于一般 的噪声水平(比如低于一部笔记本电脑的辐射) 。因此,UWB 对 其他设备的影响微乎其微。UWB系统误码率可达到10-8、10-9。