超宽带技术—UWB分解

UWB系统方案
一、MB-OFDM方案
二、DS-UWB方案
MB-OFDM方案
• 将频谱划分为多个宽度为528 MHz的子频带 – 3频带方案：3168 – 4752 MHz – 7频带方案： 3168 – 4752 MHz 和 6072 – 8184 MHz – 后续方案还可利用更高频率的子频带 • 时频交织（TFI） – OFDM符号在不同的时间调制不同中心频率的载波，从而在不 同子频带传输 – 不同的时频序列可以用来区分不同的Piconet • 优点 – 采用OFDM技术，能够简单、有效地收集多径能量 – 采用OFDM技术，频谱利用效率高，频谱使用灵活 – 技术较成熟，便于CMOS 实现
Ultra-Wideband, UWB
定义 单位频带 1990年美国军方首次 窄带 发射功率 提出“超宽带”这一概 念，并规定在-20dB处的 宽带 绝对带宽大于 1.SGHz 或相对带宽大于25%的 超宽带 任何信号均称之为超宽 频率 带信号。2002年，FCC 对美国军方的定义作了 修改， -10dB绝对带宽大于0.5GHz或相对带宽大于、等于 规定信号 20%，就称之为超宽带信号。这个定义使得超宽带信号不再 局限于脉冲发射.
UWB技术特点
（1） 抗干扰性能强
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。
UWB技术特点
（8） 工程简单造价便宜
在工程实现上，UWB比其它无线技术要简单得多，可全 数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对 脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片 上，设备的成本将很低。
UWB 蓝牙 802.11a HomeRF的区别
UWB 速率(bps) <=1G 距离(m) ＜10 功率(毫瓦) <=1 应用范围 探距离 多媒体 蓝牙 802.11a ＜1M 54M 10 10~100 1~100 1>= 家庭或 电脑和 办公室 Internet网关 HomeRF 1~2M 50 <=1 电脑、电话 及移动设备
UWB应用
民用方面
（1） 地质勘探及可穿透障碍物的传感器(imaging system) （2）汽车防冲撞传感器等(vehicle radar system) （3）家电设备及便携设备之间的无线数据通信( communication and measurements system) （4）家庭数字娱乐中心
超宽带技术——UWB
U W B
• • • • • • • UWB简介 UWB的发展 UWB技术特点 UWB与其他近距离无线技术比较 UWB系统方案 UWB的应用 UWB的前景
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UWB简介
UWB(Ultra Wideband)超宽带是一种 不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns) 的脉冲进行通信的技术，也称做脉冲无线 电( Impulse Radio)、时域(Time Domain) 或无载波(Carrier Free)通信。
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（6）发送功率非常小
UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW 的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电 源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体 的影响也会很小，
UWB技术特点
（7）定位精确
冲激脉冲具有很高的定位精确，采用超宽带无线电通 信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到 这一点。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， 此外，超宽带无线电定位器更为便宜。
DS-UWB方案
DS-UWB方案发送端原理图
• 三进制扩频码，码长为24 • M进制双正交键控（M-BOK） • 平方根升余弦（RRC）脉冲
UWB应用
军用方面
（1）UWB 雷达 （2）UWB L PI/ D 无线内通系统(预警机、舰船等) （3）战术手持和网络的PL I/ D 电台 （4）警戒雷达 （5）UAV/UGV 数据链 （6）探测地雷 （7）检测地下埋藏的军事目标或以叶簇伪装的物体
UWB应用
无线通信系统方面
（1）LAN和PAN （2）短距离无线（WSN）
UWB发展前景
与蓝牙、802111b、802115 等无线通信相比， UWB 可以提供更快、更远、更宽的传输速率，越来越多的研 究者投入到UWB 领域，有的单纯开发UWB技术，有的 开发UWB应有，有的兼而有之。相信UWB技术， 不仅 为低端用户所喜爱，且在一些高端技术领域，在军事需 求和商业市场的推动下，UWB 技术将会进一步发展和成 熟起来。
（2）传输速率高
UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s到几百Mbit／ s，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和 IEEE802．11b。
UWB技术特点
（3） 带宽极宽
UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带 系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作 而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一 种新的时域无线电资源。
UWB的发展
• UWB（超宽带）概念在1960年就被提出 • 1973年，第一个UWB系统的专利被授予 • 从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术 主要用于军事 上的雷达系统 • 1993年，R. A. Scholtz在军事 通信会议上发表"论证IR 进行 调时/调位多址技术"的论文， 开辟了将IR（脉冲无 线电）作 为无线通信载体的新途径 • 随着微电子器件的高速发展， UWB技术开始应用于民用 领 域，并在国际上掀起了研究和 应用的热潮，并被认为 是下一 代无线通信的革命性技术
（4） 消耗电能小
通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载 波，因此要消耗一定电能。而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，所以消耗电能小。
UWB技术特点
（Βιβλιοθήκη Baidu）保密性好
UWB保密性表现在两方面： 一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码 时才能解出发射数据； 另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机 无法接收。
MB-OFDM方案
MB-OFDM方案发送端原理图
DS-UWB方案
• 频谱的使用
–将可用频谱分为高、 低两个频段，信号调 制在两个频段之一传 输，两个频段也可同 时或合并使用 –两个频段之间为U-NII DS-UWB信号频谱 频段，为避免干扰， 没有使用 • 最多支持8个Piconet同时工作 – FDM（高、低频段）＋CDM（不同扩频码集合） –每个Piconet内，采用TDMA方式共享信道，与 IEEE 802.15.3 MAC层协议兼容