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1、超寬帶技術(shù)UWB,2,UWB簡介 UWB的發(fā)展 UWB技術(shù)特點 UWB與其他近距離無線技術(shù)比較 UWB系統(tǒng)方案 UWB的應(yīng)用 UWB的前景,U W B,UWB簡介,UWB(Ultra Wideband)超寬帶是一種不用載波，而采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進行通信的技術(shù)，也稱做脈沖無線電( Impulse Radio)、時域(Time Domain)或無載波(Carrier Free)通信,Ultra-Wideband, UWB,定義 1990年美國軍方首次提出“超寬帶”這一概念，并規(guī)定在-20dB處的絕對帶寬大于1.SGHz或相對帶寬大于25%的任何信號均稱之為超寬帶信號。2002年，
2、FCC對美國軍方的定義作了修改,規(guī)定信號-10dB絕對帶寬大于0.5GHz或相對帶寬大于、等于20%，就稱之為超寬帶信號。這個定義使得超寬帶信號不再局限于脈沖發(fā)射,UWB的發(fā)展,UWB（超寬帶）概念在1960年就被提出 1973年，第一個UWB系統(tǒng)的專利被授予 從其出現(xiàn)到20世紀90年代之前，UWB技術(shù) 主要用于軍事上的雷達系統(tǒng) 1993年，R. A. Scholtz在軍事 通信會議上發(fā)表論證IR進行 調(diào)時/調(diào)位多址技術(shù)的論文， 開辟了將IR（脈沖無線電）作 為無線通信載體的新途徑 隨著微電子器件的高速發(fā)展， UWB技術(shù)開始應(yīng)用于民用領(lǐng) 域，并在國際上掀起了研究和 應(yīng)用的熱潮，并被認為是下一
3、代無線通信的革命性技術(shù),UWB技術(shù)特點,1） 抗干擾性能強 UWB采用跳時擴頻信號，系統(tǒng)具有 較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。接收時將信號能量還原出來，在解擴過程中產(chǎn)生擴頻增益。因此，與IEEE80211a、IEEE80211b和藍牙相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強的抗干擾性。 （2）傳輸速率高 UWB的數(shù)據(jù)速率可以達到幾十Mbits到幾百Mbits，有望高于藍牙100倍，也可以高于IEEE80211a和IEEE80211b,UWB技術(shù)特點,3） 帶寬極寬 UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量
4、大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊張的今天，開辟了一種新的時域無線電資源。 （4） 消耗電能小 通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時需要連續(xù)發(fā)射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去，并且在需要時才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能小,UWB技術(shù)特點,5）保密性好 UWB保密性表現(xiàn)在兩方面： 一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù)； 另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機無法接收。 （6）發(fā)送功率非常小 UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通信
5、。低發(fā)射功率大大延長系統(tǒng)電源工作時間。而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對人體的影響也會很小,UWB技術(shù)特點,7）定位精確 沖激脈沖具有很高的定位精確，采用超寬帶無線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無線電難以做到這一點。超寬帶無線電具有極強的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進行精確定位，而GPS 定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)； 與GPS 提供絕對地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對位置， 其定位精度可達厘米級， 此外，超寬帶無線電定位器更為便宜,UWB技術(shù)特點,8） 工程簡單造價便宜 在工程實現(xiàn)上，UWB比其它無線技術(shù)要簡單得多，可全數(shù)字化實現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學方式產(chǎn)生脈沖
6、，并對脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個芯片上，設(shè)備的成本將很低,UWB 藍牙 802.11a HomeRF的區(qū)別,UWB 藍牙 802.11a HomeRF 速率(bps) = =1 應(yīng)用范圍 探距離 家庭或 電腦和 電腦、電話 多媒體 辦公室 Internet網(wǎng)關(guān) 及移動設(shè)備,UWB系統(tǒng)方案,一、MB-OFDM方案,二、DS-UWB方案,MB-OFDM方案,將頻譜劃分為多個寬度為528 MHz的子頻帶 3頻帶方案：3168 4752 MHz 7頻帶方案： 3168 4752 MHz 和 6072 8184 MHz 后續(xù)方案還可利用更高頻率的子頻帶 時頻交織（TFI） OFDM符號在
7、不同的時間調(diào)制不同中心頻率的載波，從而在不同子頻帶傳輸 不同的時頻序列可以用來區(qū)分不同的Piconet 優(yōu)點 采用OFDM技術(shù)，能夠簡單、有效地收集多徑能量 采用OFDM技術(shù)，頻譜利用效率高，頻譜使用靈活 技術(shù)較成熟，便于CMOS 實現(xiàn),MB-OFDM方案發(fā)送端原理圖,MB-OFDM方案,DS-UWB方案,頻譜的使用 將可用頻譜分為高、低兩個頻段，信號調(diào)制在兩個頻段之一傳輸，兩個頻段也可同時或合并使用 兩個頻段之間為U-NII頻段，為避免干擾，沒有使用,最多支持8個Piconet同時工作 FDM（高、低頻段）CDM（不同擴頻碼集合） 每個Piconet內(nèi)，采用TDMA方式共享信道，與IEEE
8、802.15.3 MAC層協(xié)議兼容,DS-UWB信號頻譜,DS-UWB方案,DS-UWB方案發(fā)送端原理圖,三進制擴頻碼，碼長為24 M進制雙正交鍵控（M-BOK） 平方根升余弦（RRC）脈沖,UWB應(yīng)用,軍用方面 （1）UWB 雷達 （2）UWB L PI/ D 無線內(nèi)通系統(tǒng)(預警機、艦船等) （3）戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的PL I/ D 電臺 （4）警戒雷達 （5）UAV/UGV 數(shù)據(jù)鏈 （6）探測地雷 （7）檢測地下埋藏的軍事目標或以葉簇偽裝的物體,UWB應(yīng)用,民用方面 （1） 地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器(imaging system) （2）汽車防沖撞傳感器等(vehicle radar system) （3）家電設(shè)備及便攜設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信( communication and measurementssystem) （4）家庭數(shù)字娛樂中心,UWB應(yīng)用,無線通信系統(tǒng)方面 （1）LAN和PAN （2）短距離無線（WSN,UWB發(fā)展前景,與藍牙、802111b、802115 等無線通信相比， UWB 可以提供更快、更遠、更寬的傳輸速率，越來越多的研究者投入到UWB 領(lǐng)域，有的單純開發(fā)UWB技術(shù)，有的開發(fā)UWB應(yīng)有，有的兼而有之。相信UWB技術(shù)， 不僅為低端用戶所喜愛，且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，在軍事需求和商業(yè)市場的推動下，UWB 技術(shù)將會進一步發(fā)展和成熟起來,Thank you
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