超宽带技术及应用
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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。
251 背景超宽带技术主要分为三种宽带形式,包括无载波体制、单载波超宽带体制和多载波超宽带体制。
其中多载波超宽带体制转播效果最好,传导速度最高;无载波体制则的波形和频率则不需要调整,直接利用超窄脉冲进行通讯,不仅可以有效地隐藏设备所在,设备的制造费用也很低,通讯时长是无载波体制的一大缺点;单载波体制相对两者特征虽然不明显,但也是各国通讯技术专家争相突破的技术领域[1]。
2 技术现状目前这一技术在民用通讯中的相关设备已经有了重大的突破,很多功能都非常成熟,卫星定位、移动示踪、数据传送效率都得到了非常大的提升。
超宽带通信技术应用的发射源和接收源也发展迅速,许多国家都开发出有着自己特色的小型设备站。
如今我国也把超宽带通信技术研究放在了很重要的地位,这一技术在的军事用途和民用用途中都取得了巨大的突破,在告诉通讯和精准定位领域都已经国际领域的前列。
最有代表性的突破就是超宽带通信信号的发射技术,在企业进行研究的同时,各个高校相关专业领域也开始着手进行研究和突破[2]。
在军事方面的应用中,我国对该技术的研究相对研究时间较短,技术不尽成熟,但是在国家的关注和扶持下发展迅猛,正在逐渐缩短和国际上的成型技术的差距。
3 技术关键我国信号脉宽窄宽带传送的技术相对应用研究已经比较成熟,超宽带通信技术还存在着几个重要的难关需要突破。
最重要的是调制带宽和微秒单位时间内的信号分辨难度。
3.1 信号处理多载波体制超宽传导已经突破700M,不远的将来可以突破KM。
但是在技术突破的前面,单位时间的数据传输成本问题仍然非常棘手。
多载波体制传输,依赖OFDM系统的发射和接收。
但是考虑到我国互联网的覆盖范围和使用强度,即使采用最高速的优化计算方法,对硬件的要求也是极高的,所以我们借鉴了光电信息技术。
光缆的信号传导速率可到100G以上,需要克服电子设备的技术瓶颈。
借鉴于此,可以开发出适用于无线信号的传送设备,满足多载波体制的信号高速传递的需要。
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。
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。
浅谈超宽带技术的研究与应用 【摘 要】通过对超宽带技术概念和特点的说明,以及对目前国内外超宽带技术发展状况的介绍,增强了广大的科研人员、学者及爱好者对超宽带技术的认识,揭示了我国在超宽带技术发展过程中所面临的形势,以及所处的角色和地位,为进一步促进超宽带技术的发展,增强我国信息化的进一步建设起着促进作用。
【关键词】超宽带技术;UWB;高速短距离通信;高速无线传输 1.超宽带技术研究 1.1超宽带技术概述 超宽带(Ultra-Wide-band以下简称UWB)技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制,是信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决的困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题。它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、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,在短距离无线通信领域具有巨大潜力。并且由于UWB是对现在已被占用的频率资源的重用,因而可以缓解目前日趋紧张的频带资源需求。目前,基于UWB的技术主要应用于高速短距离通信、雷达和精确定位等领域,还可以应用于Channel Sounding或者测量无线信道的冲击响应。此外,UWB也非常适合室内密集多径传输环境下的高速无线传输。
1.2超宽带技术特点 1.2.1共享频谱。 美国联邦通信委员会对超宽带系统所要求的-41.3dB/MHz等价于75nW/MHz,将它们归入非蓄意辐射体范畴,诸如电视和计算机显示器。这样的功能限制使得超宽带系统存在于典型的窄带接收机的噪声底线之下,并且使得超宽带信号以最小或者没有干扰的方式与当前的无线业务共存。然而,这些都取决于超宽带系统中用于数据传输的调制类型。
1.2.2大信道容量。 对超宽带脉冲而言,大带宽的一个主要优势就是信道容量的提高。信道容量或者数据速率,被定义为在每个通信信道上每秒通信所能发射的最大数据量。
1.2.3低信噪比下工作。 超宽带通信系统能够在具有低信噪比的苛刻通信信道中工作,并且由于其大的带宽而仍旧保证大的信道容量。 1.2.4低截获和检测概率。 超宽带系统对检测和截获具有先天的免疫能力。正是由于这种低发射功率,窃听者必须非常靠近发射机(大约1m)才能检测到发射信息。此外,超宽带脉冲对每一对发射机/接收机而言,在时域用唯一的码进行调制。非常窄的脉冲进行时域的调制增加了超宽带通信的安全性,因为若不知道到达的时刻来检测皮秒级的脉冲几乎不可能。因此,超宽带系统使得获得高度的安全、低截获和检测概率(LPI/D)的通信能得到保证,这些对于军事通信而言是很重要的。
UWB技术应用介绍
超宽带技术UWB(Ultra Wideband)始于20 世纪60 年代兴起的脉冲通信技术,利用频谱极宽的超短脉冲进行通信,又称为基带通信、无载波通信。
由于
其具有低功耗、高带宽、高传输速率、低复杂性、抗多径能力强、发射信号功
率谱密度低、安全性高等优点,预计未来几年UWB 技术将在和人们生活密切
相关的数字家电和消费网络设备中得到推广,在有线电视网络及家庭网络中会
得到广泛应用。
一、超宽带技术的基本原理
2002 年2 月,美国联邦通信委员会(FCC)修订了第15 标准,定义UWB 信号为相对带宽(信号带宽与中心频率之比)大于0.2,或在传输的任何时刻绝对带宽不小于500MHz 的信号,其中信号带宽定义为:低于最高发射功率10dB 的截止频率间的带宽。
FCC 还规定,UWB 的使用频段范围是 3.1~10.6GHz,且其发射功率必须在1mW 以下。
同传统通信系统相比,超宽带系统是有着其独特之处的。
从时域上讲,
一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制,而UWB 是利用起、落点
的时域脉冲(几十纳秒)直接实现调制,超宽带的传输把调制信息过程放在一个
非常宽的频带上进行,而且以这一过程中所持续的时间来决定带宽所占据的频
率范围。
从频域上讲,超宽带有别于传统的窄带和宽带,它的频带更宽。
窄带
是指相对带宽小于1%,相对带宽在1%~25%之间的被称为宽带,相对带宽大于25%,而且中心频率大于500MHz 的被称为超宽带。
二、超宽带技术在家庭网络中的应用
1.家庭网络
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。
超全SLAM技术及应用介绍
摘要
随着科技的进步,超宽带SLAM技术(Ubiquitous SLAM,简称USLAM)技术正在受到越来越多的关注。
超宽带SLAM技术是一种基于现实世界的
智能位置技术,它可以实现机器人的全方位定位、探测、建立特征地图和
实现机器人的地图跟踪。
本文首先介绍超宽带SLAM技术的原理及特点,
然后探讨超宽带SLAM技术的发展现状,并以Google和Intel两家公司的UWB SLAM技术为例,对其系统结构、终端、数据处理进行深入探讨和分析。
最后,对其未来的发展前景作出预测,比如自动驾驶技术、无人机运
输技术、智能家居技术等。
关键词:超宽带SLAM;Google;Intel;自动驾驶
1. Introduction
随着技术的发展和不断的创新,越来越多的公司和研究机构开始关注
超宽带SLAM(Ubiquitous SLAM,简称USLAM)技术。
它是一种基于现实
世界的智能位置技术,它可以实现机器人的全方位定位、探测、建立特征
地图和实现机器人的地图跟踪。
它有助于机器人自主运动、自主导航、室
外跟踪等。
本文旨在介绍超宽带SLAM的基本原理,然后重点介绍Google
和Intel两家公司的UWB SLAM技术,并探讨其在现有的发展现状及其未
来发展的前景。
2. Understanding of USLAM
超宽带SLAM技术是基于无线感知、定位、自主控制等技术的融合。
浅谈超宽带无线通信技术的特点及其应用摘要超宽带(UWB)无线通信技术是近年来通信领域新兴的一种高速、低功耗的无线通信技术,本文介绍了UWB的定义、技术特点及其应用。
关键词超宽带(UWB);通信技术;技术特点美国联邦通信委员会2002年对UWB定义为工作在3.1GHz~10.6GHz频带内,-10dB相对带宽大于20%,或者-10dB绝对带宽超过500MHz的为超宽带(Ultra Wide-band,UWB)。
它是在较大的带宽上实现速率为100Mbps-1Gbps传输的技术,由于其具有系统容量大、多径分辨能力强、功耗低等特点,所以,被认为是未来几年内电信热门技术之一,受到广泛关注。
UWB在过去很长的时间里主要被应用在雷达和GPS定位设备中,近年来其应用被拓展到了宽带无线通信等领域中,并备受关注,如摩托罗拉、Nokia等通信设备制造商开始UWB的研发工作。
我国在“十五”国家863计划通信技术主题研究项目中,也将“超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术”列为重要研究内容。
1 UWB技术的特点传统的通信技术是把信号从基带调制到载波上,而UWB技术是通过具有有限陡上升和下降时间的冲击脉冲对数据进行直接调制,从而具有GHz量级的带宽,最大数据传输速率可达几百Mbps。
其主要特点有:1)系统结构实现简单由于UWB是通过发送纳米级脉冲来实现数据信号的传输,无需使用载波,所以UWB发射器可以直接使用脉冲小型激励天线,避免了功用放大器与混频器的使用,降低了UWB的发射器的成本。
而UWB的接收机也不同与传统的接收机,无需中频处理,实现起来也比较简单,如图1。
接收过程中,脉冲信号通过天线匹配、滤波、放大后直接A/D转换,交由数字信号处理器处理复杂的匹配滤波、分集接收、均衡、解交织、译码等基带处理。
通过一个基带信号处理芯片、射频信号处理芯片和UWB天线完成整个UWB信号收发。
)信号占有频带宽、传输速率高。
由于目前FCC开发的频段是3.1GHz~10.6GHz,UWB系统发射的功率谱密度低而平坦,极宽的频带加上室内多径影响的消除,使得传输速率可达到每秒几千兆比特。
现代商贸工业超宽带无线通信技术及其应用综述钟子强(深圳市博通智能技术有限公司,广东深圳518057)摘要:目前人们对信息的需求随着社会经济的进步和科学技术的发展而逐步提高。
超宽带无线通信技术(UWB,Ultra—Wide Band)因为具有耗用电能小、生产成本低以及数据传输速度快等的特点和优势,已经成为新时代的宠儿。
为此,首先介绍了超宽带无线通信技术(UWB,Ultra—Wide Band)的起源与发展,然后分析了该技术的一些主要优势和尚待解决的问题,对于该技术在一些领域中的应用进行了简要介绍,期望大家对这项技术有更多的了解。
关键词:超宽带;无线通信;应用中图分类号:TB文献标识码:A doi:10. 19311/ki. 1672-3198. 2016. 22. 0940引言超宽带无线通信技术(UWB,Ultra—Wide Band)最为关键的技术在于冲击无线电技术,冲击无线电技 术之所以成为超宽带无线通信技术的核心技术,是因 为它可以以极高的速度传输数据信息,还可以防止其他信号的干扰,凡是在十米的范围以内的无线个人局域网,它都可以满足他们的需求。
1 超宽带无线通信技术(UWB,Ultra_Wide Band)的起源与发展UW B刚开始只被应用于雷达和遥感领域,比如说 当发7丨(自然灾害或其他灾害的时候,可以釆用UWB进 行人员搜救,除此之外,军事行动中的各种各样的测距问题也都应用该技术来实现。
到了二十一世纪的初期,随着该技术不断的发展和成熟,超宽带无线通信技 术(UWB,Ultra—Wide Band)逐渐被用于通信,该技术 开始走人普通老百姓的视野。
随后全球各地区的相关 研究部门和组织也纷纷对该项技术展开研究,其中最 值得一提的是包括英特尔公司和美匡Time Domain公 司在内的八个机构和公司组成了联盟,提出了超宽带无线通讯技术的多带脉冲物理层模型,两个月/S,多频 带OFDM联盟被建立。
uwb 波长UWB波长是指超宽带信号中的波长。
超宽带(Ultra-Wide Band,简称UWB)技术是一种新兴的无线通信技术,其特点是传输速率高、抗干扰能力强、穿透障碍物能力强等。
UWB技术的应用范围很广,包括雷达、测距、通信和定位等方面。
本文将从UWB波长的定义、计算公式、应用场景和未来发展等方面进行详细介绍。
一、UWB波长的定义UWB波长是指超宽带信号中一个周期所对应的距离。
由于UWB信号具有极短的脉冲宽度和非常宽的频带,因此其频率范围非常广,可以覆盖从几百兆赫兹到几千兆赫兹甚至更高频段。
因此,UWB波长相对于传统无线电通信中的波长要更短。
二、计算公式根据基本物理公式:速度=频率×波长,可以得出计算UWB波长的公式:λ=c/f,其中c为光速(299792458m/s),f为频率(Hz)。
例如,在3.1GHz时,其对应的UWB波长为λ=0.097m。
三、应用场景1.雷达:UWB雷达具有高分辨率、高精度和抗多径干扰等优点,因此被广泛应用于军事、航空航天和民用领域。
例如,UWB雷达可以用于探测障碍物、地下管道和矿井等。
2.测距:由于UWB信号具有极短的脉冲宽度,因此可以实现非常精确的距离测量。
例如,在汽车领域中,可以利用UWB技术实现车辆间的跟车控制和自动驾驶。
3.通信:UWB技术可以实现高速数据传输和低功耗通信。
例如,在智能家居领域中,可以利用UWB技术实现设备之间的无线连接和数据传输。
4.定位:由于UWB信号具有穿透障碍物能力强等特点,因此可以实现室内定位和人员追踪等功能。
例如,在物流仓储领域中,可以利用UWB技术实现货物追踪和管理。
四、未来发展随着5G时代的到来,超宽带技术将会得到更广泛的应用。
未来,UWB技术将会在智能交通、智能家居、物联网等领域中发挥越来越重要的作用。
同时,随着技术的不断进步和应用场景的拓展,UWB波长也将会进一步缩短,从而实现更高速率和更精确的测量。
总之,UWB波长是超宽带技术中非常重要的一个参数。
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。
超宽带通信的应用与发展趋势在当今数字化和信息化飞速发展的时代,通信技术的不断革新成为推动社会进步的关键力量之一。
超宽带通信作为一种具有独特优势和巨大潜力的通信技术,正逐渐在各个领域展现出其重要的应用价值,并呈现出令人瞩目的发展趋势。
超宽带通信,简单来说,是一种通过发送极窄脉冲来传输数据的无线通信技术。
与传统的通信技术相比,它具有许多显著的特点。
首先,超宽带通信具有极宽的带宽,能够实现高速的数据传输。
其次,它具有较低的发射功率,对人体的电磁辐射影响较小,安全性较高。
再者,超宽带通信具有良好的穿透能力,能够在复杂的环境中实现稳定的通信。
在消费电子领域,超宽带通信技术已经得到了广泛的应用。
以智能手机为例,许多新型手机已经配备了超宽带芯片,实现了诸如高精度的室内定位、文件快速传输等功能。
通过超宽带技术,手机可以精确地确定用户在室内的位置,精度可达厘米级别,这为室内导航、智能购物等应用提供了有力支持。
此外,超宽带技术还能够实现设备之间的快速文件传输,大大提高了数据共享的效率。
在智能家居领域,超宽带通信也发挥着重要作用。
它可以实现各种智能设备之间的无缝连接和协同工作。
比如,当你走进家门时,超宽带技术能够感知到你的位置,并自动打开灯光、调整室温、播放喜欢的音乐等。
同时,超宽带通信还可以用于智能家电的控制,实现更加精准和便捷的操作。
在工业自动化领域,超宽带通信技术为工厂的智能化升级提供了有力支持。
通过超宽带技术,可以实现对工业机器人、生产设备的高精度定位和实时监控,提高生产效率和质量。
此外,超宽带通信还能够在恶劣的工业环境中稳定工作,确保数据传输的可靠性。
在医疗领域,超宽带通信技术也有着广阔的应用前景。
例如,在医疗监护中,超宽带技术可以实时监测患者的生理参数,实现远程医疗和健康管理。
在医疗设备的定位和追踪方面,超宽带技术也能够发挥重要作用,提高医疗服务的效率和安全性。
随着技术的不断进步,超宽带通信的发展趋势也日益清晰。
通信电子中的超宽带通信技术随着人们对通信信息传输的需求日益增多,传统的带宽已经不能满足人们的需求了。
超宽带通信技术的出现,则为人们的通信需求提供了更高效、更快捷的解决方案。
一、超宽带通信技术介绍超宽带通信技术简称UWB技术,其传输速度快、抗干扰能力强、安全性高,适用范围非常广泛,包括室内定位、雷达探测、无线视频传输、智能家居等领域。
超宽带通信技术利用极短的脉冲作为信号,将脉冲送至天线,然后由天线将信号传播出去。
由于脉冲短且长度很少,它可以在更宽频段内传输数据,所以具备互联、低功耗、高速率、无线等多项特点,深受广大用户的喜爱。
二、超宽带通信技术的优势1. 传输速度极快UWB技术采用超短脉冲技术,每秒可传输数百万个脉冲。
因此,它比目前的其他无线技术快多了,不同程度缩短了数据传输时间,进一步加速了信息的传输速度。
2. 抗干扰能力强UWB技术采用频率跳跃式传输信号,每个信号只有极短时间,这使得UWB技术的传输频率极高,不容易受到干扰,从而提高了信号传输的可靠性。
3. 无盲区传统的无线信号通常会受到障碍物、墙壁等物理条件的限制,从而产生盲区。
而UWB技术采用超窄带信号,可快速穿透墙壁、混凝土等物质,使其传输无死角,信号可穿透任何障碍物。
4. 安全性高UWB技术采用了加密技术,从而被广泛应用于机密性高、对安全性要求较高的领域。
对于需要保密的传输领域,比如金融业、政府机关等,UWB技术将更具优势。
5. 低能耗UWB技术传输功率较低,只需要非常少的能量即可传输出信号,因此UWB技术拥有极低的能耗,有助于实现智能化和绿色环保。
三、超宽带通信技术的应用1. 室内定位基于UWB超宽带通信技术,室内定位的准确度得到了提高,大大优化了商场导航、机场路线等场景中的导航问题,同时也增加了多样化的产品应用需求,比如智能家居、智慧城市等。
2. 无线视频传输在UWB技术的支持下,可以通过无线传输视频、音频等信息,无需通过网线或HDMI等有线连接,进一步降低系统的成本,满足用户对高速、稳定、可靠的无线传输需求。
五邑大学 无线互联网报告 题目:超宽带技术及应用
院 系 电子信息工程 __________ 专 业 通信工程 ________________ 学 号 __________________________ 学生姓名 ___________________________ 指导教师 张京玲 ____________________
1.超宽带技术或标准的研究现状和意义 UWB技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行 直接
调制,使信号具有GHz量级的带宽。
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,它具有对信道衰落 不敏感、发射信号功率谱密度低、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。
超带宽通常定义带宽在1.5GHz以上或带宽离中心频率25%^上的信号称为UWB言号,由于 它发送的脉冲非常短,因而他具有非常宽的带宽,也称为脉冲无线电技术。从信号产生的 角度看,超宽带技术以时域窄脉冲为信息载体,依赖于脉冲串传递信息,采用基带信号直 接激励天线发射超短时宽冲激脉冲;传统的无线通信技术采用带通载波调制,它把含有信 息的波形搬移到相应的正弦载波上发射。所以超宽带又称为基带传输技术或是无线波传输 技术,或冲激无线电。其中脉冲形成技术和调制技术使超宽带的两大技术。
2002年2月,美国联邦通信委员会(FCC)修订了第15标准,定义UWB信号为相对带宽
(信号 带宽与中心频率之比)大于0.2,或在传输的任何时刻绝对带宽不小于 500MHZ的信
号,其中 信号带宽定义为:低于最高发射功率10dB的截止频率间的带宽。FCC还规定,UWB勺使用 频段范围是3.1〜10.6GHz且其发射功率必须在1mW以下。
同传统通信系统相比,超宽带系统是有着其独特之处的。从时域上讲,一般的通信系统是 通过发送射频载波进行信号调制,而 UW克利用起、落点的时域脉冲(几十纳秒)直接实现 调制,超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行,而且以这一过程中所 持续的时间来决定带宽所占据的频率范围。 从频域上讲,超宽带有别于传统的窄带和宽带, 它的频带更宽。窄带是指相对带宽小于 1%相对带宽在1%〜25沱间的被称为宽带,相对 带宽大于25%而且中心频率大于500MHZ勺被称为超宽带。
2•超宽带的关键技术
超宽带的主要信号形式可分为传统的基带窄脉冲形式和调制载波形式。后者是 2002年 FCC 规定了超宽带通信的频谱四通范围和功率限制后产生的,也是目前超宽带高氯无线通信较 多采用的一种。而采用基带窄脉冲的超宽带技术则多用于探测、透视、 成像,以及低速、 低功耗、低成本通信等领域。
(1)基带窄脉冲形式 基带窄脉冲形式是超宽带通信最早采用的信号形式。其宽度在纳秒、亚纳秒级的基带窄脉 冲序列进行通信。通常通过脉冲位置调制(PPM)脉冲极性调制或脉冲幅度调制(PAM)等 调制方式携带信息。窄脉冲可以采用多种不同的波形,如高斯波形、升余弦波形式等。
基带窄脉冲超宽带通信中,因为脉冲的宽度很窄,同时一般情况下占空比较小,所以比较 大的多径信道分辨恩呢管理和抗多径性能。 因为不需要调制载波,所以收发信机结构简单, 成本较低。简单的结构、较小的占空比又使得系统的功耗很低。
因为基带窄脉冲中包含较多的低频分量,所以在 FCC关于超宽带通信功率谱的规定下,频 谱利用率不高。这可以通过脉冲波形设计加以改善。但目前这方面的研究还没有十分理想 的可实用的结果。而另一条途径就是采用调制载波的方式,从而可以灵活、高效地利用频 谱资源,提高系统性能。
(2) 调制载波形式
通过调制载波,可将超宽带信号搬移到合适的频段进行传输,从而可更加灵活、有效地利 用频谱资源。同时,调制载波系统的信号处理方法与一般通信系统采用的方法类似,技术 成熟度高,在目前的工艺条件下,比基带窄脉冲形式更容易实现高速系统。
目前IEEE 802.15.3a工作组在进行的高速的无线个域网物理层可选标准的指定工作中, 两个候选方案: In ter、TI等公司支持的多带一时频交织一频分复用方案和
XtremeSpectrum等公司支持的单载波直接序列一码分多址方案都采用了调制载波的信号 形
式。
3•超宽带的优点及应用范围
3.1超宽带的优点
超宽带技术与其他系统共享的方式使用频谱。它使用的频谱从 3.1GHz到10.6GHz,宽度高 达7500MHz而无需划分特定的、专有的频段。同时,通过限制发射功率,超宽带也可以 避免了其他系统对他造成的的干扰。这样的频谱使用方式,在频谱资源非常紧张的今天是 具有重要的意义,这也是超宽带兴起的主要原因之一。超宽带的极宽的频谱和极低的发射 功率,也使超宽带系统具有传输速率高,系统相对简单、成本低、功耗低的优点。
超宽带的传输速率高,系统相对简单、成本低,功耗低。传统的无线通信系统,因为频带 较窄,要实现100Mps以上的高传输速率,必须采用高阶调制等方法达到较高的频谱使用效 率。这就对信噪比提出了很高的要求,同时提高了系统的复杂性。而超宽带系统的频带很 宽,几时传输速率高达1Gbps以上时,说需信噪比仍然不高,这就使得系统较为简单,实 现了系统的降低成本和功耗。
超宽带如果通信采用的是传统的基带窄脉冲形式,因为无需对载波进行调制和解调,还将 使系统的成本和功耗进一步降低。同时低功率的脉冲比起以前雷达和通信中的大功率脉 冲,更容易产生,实现成本更低。
超宽带信号衰减较小,穿透力强,采用基带窄脉冲形式的信号,与利用正弦波携带信息的 一般无线通信信号在空中的衰减特性不同。天线发射的正弦电磁波是一种球面波,在自由 空间中的衰减与距离的平方成反比,在室内多径通信条件下,衰减与距离的 3次方程反比。 而具有色当波形的超宽带瞬态脉冲具有较强的定向性,其衰减与距离成反比或更小。因此, 在相同功率下,采用基带窄脉冲形式的超宽带信号可比一般的调制载波的信号传输更远的 距离。另外,由于基带窄脉冲中含有角度空的低频分量,所以在室内传播时可以顺利地穿 过墙壁等一般的障碍物,为超宽带技术在室内环境以及透视成像等领域的应用提供了便 利。 超宽带的定位精度与其带宽直接相关。 其型号的带宽一般在500MHz以上,远远咼出了一般 的无线通信信号,因此,其所能实现的定位精度也很高。基带的窄脉冲的信号,因为其带 宽通常在数GHz所以其定位精度更是可以高达厘米量级。
3.2超宽带的应用
超宽带无线通信技术的主要功能包括无线通信和定位功能。进行高速无线通信时,传输距 离较近,一般在10到20米左右,进行较低的速率无线通信和定位时,传输距可更远。超宽 带采用基带脉冲方式时,具有较强的透视功能,可以穿透数层墙壁进行通信,成像或定位。 与全球定位系统相比,超宽带技术的定位精度更高。根据上述的功能,超宽带技术可以应 用于无线多媒体局域网、家域网、个域网,无线传感网,雷达定位和成像系统,只能交通 系统,以及应用于军事、公安、救援、医疗、测量等多个领域。
(1) 无线多媒体局域网、家域网、个域网 在无线多媒体局域网、家域网、个域网中,各种数字多媒体设备,如数码摄像机、 MP播 放器、数字电视、计算机、投影仪、各种智能家电等,根据需要,在小范围内组成组织式 的网络,互相传送多媒体数据,并可以通过安装在家中的宽带网关,接入因特网,构成一 个智能家庭环境。表1列举了目前的一些无线多媒体业务对数据传输速率的要求,目前只 有超宽带技术可以满足各种无线多媒体应用的传输速率需要。
应用 要求的速率 应用 要求的速率 无线视频投影 15— 70Mbps 大容量多媒体文 件拷贝 100Mbps 以上
(2) 无线传感网 无线传感网中,通常要求传感器的功耗非常小,可以连续工作数月、甚至数年之久而不需 要充电。目前的做法是通过媒体的计入控制层和网络层的协议涉及,尽量减少不必要的传 输,来有效地利用无线信道和能量资源。在此基础上,采用极低功耗的超带宽物理层,可 以大大简化
高清晰度电视 20— 80Mbps 数码摄像机 27Mbps 替代 有
线 电缆
IEEE 1394a 100/200/400Mbp
s
USB 2.0 1.5/12/480Mbps 表1无线多媒体应用对传输速率的要求 MAC层和网络层的复杂度,使系统总体功耗进一步降低。
(3) 智能交通系统 超宽带系统同时具有无线通信和定位的功能,可以方便地应用于智能交通系统中,未汽车 防撞系统、智能收费系统、测速、见识系统等提供高性能,低成本的解决方案。
(4) 军事、救援和安全等领域 采用基带脉冲方式的超宽带系统, 具有较强的穿透障碍物进行通信的功能, 在军事、消防、 勘测等领域有着广泛的用途。
4•对超宽带技术的体会
超宽带不仅仅是一种新的通信技术,更代表了一种新的共享使用频谱的方式。超宽带通信 可以以时域的基带窄脉冲形式实现,也可以以一般的调制载波的形式实现。先进的无线通 信技术,如OFDMCDM、多输入多输出等等,都可以应用在超宽带系统中。超宽带技术可 以用与近距离高
速无线通信,也可进行更远距离的通信,以极低的功耗和很低的成本实现 很多其他技术难以实现的应用。
5•参考文献
(1) 彭弘婧,彭俐俐 超宽带技术及应【Q,九江学院,江西学院,2010 (2) 超宽带技术应用介绍技术文库
(3) 张在琛,毕国光,东南
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(4) 周先军,胡修林,王甲池,华中科技大学 电
子与信息工程系,湖北 武汉430074