超寬帶技術(shù)—UWBppt課件

超寬帶技術(shù)UWB,2,UWB簡(jiǎn)介 UWB的發(fā)展 UWB技術(shù)特點(diǎn) UWB與其他近距離無(wú)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(jiǎn)介,UWB(Ultra Wideband)超寬帶是一種不用載波，而采用時(shí)間間隔極短(小于1ns)的脈沖進(jìn)行通信的技術(shù)，也稱做脈沖無(wú)線電( Impulse Radio)、時(shí)域(Time Domain)或無(wú)載波(Carrier Free)通信,Ultra-Wideband, UWB,定義 1990年美國(guó)軍方首次提出“超寬帶”這一概念，并規(guī)定在-20dB處的絕對(duì)帶寬大于1.SGHz或相對(duì)帶寬大于25%的任何信號(hào)均稱之為超寬帶信號(hào)。2002年，F(xiàn)CC對(duì)美國(guó)軍方的定義作了修改,規(guī)定信號(hào)-10dB絕對(duì)帶寬大于0.5GHz或相對(duì)帶寬大于、等于20%，就稱之為超寬帶信號(hào)。這個(gè)定義使得超寬帶信號(hào)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(gè)UWB系統(tǒng)的專利被授予 從其出現(xiàn)到20世紀(jì)90年代之前，UWB技術(shù) 主要用于軍事上的雷達(dá)系統(tǒng) 1993年，R. A. Scholtz在軍事 通信會(huì)議上發(fā)表論證IR進(jìn)行 調(diào)時(shí)/調(diào)位多址技術(shù)的論文， 開(kāi)辟了將IR（脈沖無(wú)線電）作 為無(wú)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(kāi)始應(yīng)用于民用領(lǐng) 域，并在國(guó)際上掀起了研究和 應(yīng)用的熱潮，并被認(rèn)為是下一 代無(wú)線通信的革命性技術(shù),UWB技術(shù)特點(diǎn),1） 抗干擾性能強(qiáng) UWB采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào)，系統(tǒng)具有 較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱的無(wú)線電脈沖信號(hào)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(shí)將信號(hào)能量還原出來(lái)，在解擴(kuò)過(guò)程中產(chǎn)生擴(kuò)頻增益。因此，與IEEE80211a、IEEE80211b和藍(lán)牙相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強(qiáng)的抗干擾性。 （2）傳輸速率高 UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbits到幾百M(fèi)bits，有望高于藍(lán)牙100倍，也可以高于IEEE80211a和IEEE80211b,UWB技術(shù)特點(diǎn),3） 帶寬極寬 UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達(dá)幾個(gè)GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時(shí)工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊張的今天，開(kāi)辟了一種新的時(shí)域無(wú)線電資源。 （4） 消耗電能小 通常情況下，無(wú)線通信系統(tǒng)在通信時(shí)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(shí)才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能小,UWB技術(shù)特點(diǎn),5）保密性好 UWB保密性表現(xiàn)在兩方面： 一方面是采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)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(jī)無(wú)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(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長(zhǎng)系統(tǒng)電源工作時(shí)間。而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對(duì)人體的影響也會(huì)很小,UWB技術(shù)特點(diǎn),7）定位精確 沖激脈沖具有很高的定位精確，采用超寬帶無(wú)線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無(wú)線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無(wú)線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)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(duì)地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置， 其定位精度可達(dá)厘米級(jí)， 此外，超寬帶無(wú)線電定位器更為便宜,UWB技術(shù)特點(diǎn),8） 工程簡(jiǎn)單造價(jià)便宜 在工程實(shí)現(xiàn)上，UWB比其它無(wú)線技術(shù)要簡(jiǎn)單得多，可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對(duì)脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個(gè)芯片上，設(shè)備的成本將很低,UWB 藍(lán)牙 802.11a HomeRF的區(qū)別,UWB 藍(lán)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(dòng)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(gè)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(shí)頻交織（TFI） OFDM符號(hào)在不同的時(shí)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(shí)頻序列可以用來(lái)區(qū)分不同的Piconet 優(yōu)點(diǎn) 采用OFDM技術(shù)，能夠簡(jiǎn)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(shí)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(gè)頻段，信號(hào)調(diào)制在兩個(gè)頻段之一傳輸，兩個(gè)頻段也可同時(shí)或合并使用 兩個(gè)頻段之間為U-NII頻段，為避免干擾，沒(méi)有使用,最多支持8個(gè)Piconet同時(shí)工作 FDM（高、低頻段）CDM（不同擴(kuò)頻碼集合） 每個(gè)Piconet內(nèi)，采用TDMA方式共享信道，與IEEE 802.15.3 MAC層協(xié)議兼容,DS-UWB信號(hào)頻譜,DS-UWB方案,DS-UWB方案發(fā)送端原理圖,三進(jìn)制擴(kuò)頻碼，碼長(zhǎng)為24 M進(jìn)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(dá) （2）UWB L PI/ D 無(wú)線內(nèi)通系統(tǒng)(預(yù)警機(jī)、艦船等) （3）戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的PL I/ D 電臺(tái) （4）警戒雷達(dá) （5）UAV/UGV 數(shù)據(jù)鏈 （6）探測(cè)地雷 （7）檢測(cè)地下埋藏的軍事目標(biāo)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(wú)線數(shù)據(jù)通信( communication and measurementssystem) （4）家庭數(shù)字娛樂(lè)中心,UWB應(yīng)用,無(wú)線通信系統(tǒng)方面 （1）LAN和PAN （2）短距離無(wú)線（WSN,UWB發(fā)展前景,與藍(lán)牙、802111b、802115 等無(wú)線通信相比， UWB 可以提供更快、更遠(yuǎn)、更寬的傳輸速率，越來(lái)越多的研究者投入到UWB 領(lǐng)域，有的單純開(kāi)發(fā)UWB技術(shù)，有的開(kāi)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(ài)，且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，在軍事需求和商業(yè)市場(chǎng)的推動(dòng)下，UWB 技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展和成熟起來(lái),Thank you