(完整版)超宽带(UWB)技术

新版UWB技术介绍UWB技术使用两种方式传输数据：一种是无线收发，利用卫星信号进行传输，另一种是通过无线通信的方式传输数据。

无线收发采用的模式主要是同步、异步和自适应多址。

UWB系统是近几年来非常热门的一个技术了，在民用市场已经有很大优势了，但由于技术发展太快，现在很多都没有进行商用了，所以我们先从最新版的UWB技术开始介绍吧！一、超宽带超宽带（Ultra-wideband, UWB）是一种利用无线电信号进行数据传输的技术，是一种非授权频段的超宽带（UWB）系统。

超宽带通信系统的工作频率为1~10 GHz，波长为5~100μm，工作在C波段。

UWB具有高数据速率、低时延、穿透能力强、抗多径干扰等优点。

UWB是利用脉冲重复频率（PRS）和脉冲间隔时间（PLD）实现高速数据传输的技术。

脉冲重复频率指单位时间内脉冲发射次数，可分为连续或离散形式。

PRS可以根据频率来划分，常用的是20 MHz~100 MHz; PLD可以划分为2~4路数字信号处理模块组成；脉冲间隔时间（PL, pulse latency，即PL/PLD）主要用于实现时钟恢复等功能；脉冲重复频率与PRS有关，但更多地取决于天线形式、接收灵敏度、载波频率等因素，可通过测量PRS和PLD 的PL/DL值来计算。

二、时隙UWB技术的时隙分为两类：同步和异步。

同步时隙：同步信号使用固定时隙，每个载波接收信号，并在发送时同步它的相位和幅度；异步时隙：每个载波接收一个相位和幅度变化的正弦信号，将其解调成一个时间片，然后通过时频转换成一个时间片。

UWB系统中使用同步和异步的时隙。

由于UWB的波束窄且功率低，在对目标进行定位时通常使用UWB信号来传输数据，而不是传统的无线电系统使用多个射频天线来发射信号，而射频天线只能用于接收数据。

因此在使用UWB通信时，必须考虑发射功率问题，通常需要考虑的功率包括几个方面：首先是发射时间点选择；其次是在接收端需要设置接收器来识别是否来自目标位置；最后才是根据接收到的信号类型进行选择正确的波束。

一、什么是ＵＷＢ超宽带UWB由Ultra Wideband缩写而成，它是一种无载波通信技术。

超宽带和其它的“窄带”或者是“宽带”主要有两方面的区别：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。

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。

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。

二、ＵＷＢ技术原理发射端将比特符号通过数字滤波器进行脉冲整形，然后转换成模拟信号发射出去，接收信号依次通过低噪声放大器（ＬＡＮ）、可变增益放大器（ＶＧＡ）和ＡＤＣ后成为离散信号，接下来就可用ＤＳＰ技术实现信号检测、估计、分集接收、判决译码等处理。

目前产生脉冲信号源的方法有两类：（１）光电方法（２）电子方法ＵＷＢ的调制技术：（１）脉冲幅度调制（ＰＡＭ）（２）脉冲位置调制（ＰＰＭ）ＵＷＢ技术的研究主要围绕以下几个方面：（１）可控窄脉冲产生技术（２）信道传播特性与信道模型（３）调制技术（４）多址技术（５）信号检测技术等。

三、ＵＷＢ的主要特点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/下降沿和足够窄的宽度。

３.功耗低由于不使用载波,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。

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。

UWB定位系统全面方案介绍UWB（Ultra-Wideband，超宽带）定位系统是一种基于超宽带技术的室内定位系统，可以实现高精度、高可靠性的定位。

其原理是通过发送和接收超短脉冲信号，利用时间差测量方法计算目标位置。

1.硬件设备：UWB定位系统的硬件设备包括发射器、接收器和天线。

发射器用于发射超短脉冲信号，接收器用于接收反射回来的信号，天线用于增强信号的传输和接收。

这些设备需要具备高频率、高带宽和低噪声的特点，以确保定位系统的高精度和高可靠性。

2.信号处理：UWB定位系统的信号处理是整个系统的核心部分。

它包括信号的调制、解调、滤波、放大和时钟同步等处理过程。

信号的调制和解调可以实现信号的传输和接收，滤波和放大可以提高信号的质量和强度，时钟同步可以确保各个设备之间的时间同步，从而减小定位误差。

3.定位算法：UWB定位系统的定位算法是利用时间差测量方法计算目标位置的关键。

该算法根据接收到的信号的到达时间差，通过多边定位算法来计算目标位置。

常用的算法包括最小二乘法、卡尔曼滤波和粒子滤波等。

这些算法可以根据实际应用场景的需要进行选择和优化，以实现高精度的定位。

4.数据融合：UWB定位系统通常会与其他定位技术进行数据融合，以提高定位的准确性和可靠性。

常见的融合技术包括惯性导航系统、地磁定位、WiFi定位和视觉定位等。

数据融合可以通过多传感器信息的互补性，消除各个定位技术的局限性，进一步提高定位的性能。

5.应用场景：UWB定位系统可以广泛应用于室内定位、人员跟踪、智能家居、无人机导航等领域。

在室内定位方面，UWB定位系统可以实现室内导航、物体跟踪、室内定位服务等功能。

在人员跟踪方面，UWB定位系统可以用于安防监控、医院人员定位、活动场所人员管理等。

在智能家居方面，UWB定位系统可以实现室内定位、空调自动调节、智能灯光控制等功能。

在无人机导航方面，UWB定位系统可以实现无人机的精确定位和导航。

综上所述，UWB定位系统的全面方案包括硬件设备、信号处理、定位算法、数据融合和应用场景等多个方面。

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。

超宽带UWB无线通信中的调制技术超宽带(UWB，Ultra Wide Band)无线技术在无线电通信、雷达、跟踪、精确定位、成像、武器控制等众多领域具有广阔的应用前景，因此被认为是未来几年电信热门技术之一。

目前“超宽带”的定义只是针对信号频谱的相对带宽(或绝对带宽)而言，没有界定的时域波形特征。

因此，有多种方式产生超宽带信号。

其中，最典型的方法是利用纳秒级的窄脉冲(又称为冲激脉冲)的频谱特性来实现。

1 UWB基本原理FCC(美国通信委员会)对超宽带系统的最新定义是：相对带宽(在-10dB点处)(fH-fL)/fc>20%(fH，fL，fc分别为带宽的高端频率、低端频率和中心频率) 或者总带宽BW>500MHz。

它与现有的无线电系统比较，在花费更小的制造成本的条件下，能够做到更高的数据传输速率(100～500MbPs)、更强的抗干扰能力(处理增益50dB以上)，同时具有极好的抗多径性能和十分精确的定位能力(精度在cm 以内)。

发射超宽带(UWB)信号最常用和最传统的方法是发射一种时域上很短(占空比低达0.5%)的冲激脉冲。

这种传输技术称为“冲击无线电(IR)”。

UWB-IR又被称为基带无载波无线电，因为它不像传统通信系统中使用正弦波把信号调制到更高的载频上，而是用基带信号直接驱动天线输出的;由信息数据对脉冲进行调制，同时，为了形成所产生信号的频谱而用伪随即序列对数据符号进行编码。

因此冲击脉冲和调制技术就是超宽带的两大关键所在。

2 UWB的调制技术超宽带系统中信息数据对脉冲的调制方法可以有多种。

脉冲位置调制(PPM) 和脉冲幅度调制(PAM)是UWB 最常用的两种调制方式。

通常UWB信号模型为：(1)其中，w (t) 表示发送的单周期脉冲，dj，tj分别表示单脉冲的幅度和时延。

PAM是一种通过改变那些基于需传输数据的传输脉冲幅度的调制技术。

在PAM调制系统中，一系列的脉冲幅度被用来代表需要传输的数据。