第二章超宽带实现技术IR-UWB

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(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。

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）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技术的工作原理
UWB技术是指超宽带技术，是一种用于无线通信的新型技术。

UWB技术的工作原理是利用超宽带信号在频谱上的特殊性质来实现通信。

UWB信号具有非常宽的带宽，可以同时在多个频段上传输信息。

这使得UWB 技术可以在不干扰其他无线设备的情况下，实现高速数据传输、精确位置定位等功能。

UWB技术在通信中的应用主要包括两种模式：发射模式和接收模式。

在发射模式下，UWB设备会发送一系列短脉冲信号，这些信号具有超宽的带宽和极短的持续时间。

在接收模式下，UWB设备会接收所发送的信号，并通过对信号进行处理和解码来实现数据传输或位置定位。

UWB技术在实际应用中，需要通过传输介质来进行信号传输。

这些传输介质可以是空气、混凝土、金属等物质。

通过选择合适的传输介质，可以在不同的应用场景中实现高效的信号传输和应用。

总的来说，UWB技术是一种具有广泛应用前景的无线通信技术，它的工作原理是利用超宽带信号的特殊性质来实现通信。

随着科学技术的不断发展和应用的不断推广，UWB技术将在未来的工业、医疗、物联网等领域得到更广泛的应用。

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