超宽带技术—UWB分解

超宽带技术——UWB2•UWB简介•UWB的发展•UWB技术特点•UWB与其他近距离无线技术比较•UWB系统方案•UWB的应用•UWB的前景UWBUWB简介UWB(UltraWideband)超宽带是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行通信的技术，也称做脉冲无线电(ImpulseRadio)、时域(TimeDomain)或无载波(CarrierFree)通信。Ultra-Wideband,UWB频率单位频带发射功率超宽带宽带窄带定义1990年美国军方首次提出“超宽带”这一概念，并规定在-20dB处的绝对带宽大于1.SGHz或相对带宽大于25%的任何信号均称之为超宽带信号。2002年，FCC对美国军方的定义作了修改，规定信号-10dB绝对带宽大于0.5GHz或相对带宽大于、等于20%，就称之为超宽带信号。这个定义使得超宽带信号不再局限于脉冲发射.UWB的发展•UWB（超宽带）概念在1960年就被提出•1973年，第一个UWB系统的专利被授予•从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术主要用于军事上的雷达系统•1993年，R.A.Scholtz在军事通信会议上发表论证IR进行调时/调位多址技术的论文，开辟了将IR（脉冲无线电）作为无线通信载体的新途径•随着微电子器件的高速发展，UWB技术开始应用于民用领域，并在国际上掀起了研究和应用的热潮，并被认为是下一代无线通信的革命性技术UWB技术特点（1）抗干扰性能强UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与IEEE802．11a、IEEE802．11b和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。（2）传输速率高UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s到几百Mbit／s，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。UWB技术特点（3）带宽极宽UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。（4）消耗电能小通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。UWB技术特点（5）保密性好UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。（6）发送功率非常小UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，UWB技术特点（7）定位精确冲激脉冲具有很高的定位精确，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS定位系统只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内；与GPS提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级，此外，超宽带无线电定位器更为便宜。UWB技术特点（8）工程简单造价便宜在工程实现上，UWB比其它无线技术要简单得多，可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，设备的成本将很低。UWB蓝牙802.11aHomeRF的区别UWB蓝牙802.11aHomeRF速率(bps)=1G＜1M54M1~2M距离(m)＜101010~10050功率(毫瓦)=11~1001==1应用范围探距离家庭或电脑和电脑、电话多媒体办公室Internet网关及移动设备UWB系统方案一、MB-OFDM方案二、DS-UWB方案MB-OFDM方案•将频谱划分为多个宽度为528MHz的子频带–3频带方案：3168–4752MHz–7频带方案：3168–4752MHz和6072–8184MHz–后续方案还可利用更高频率的子频带•时频交织（TFI）–OFDM符号在不同的时间调制不同中心频率的载波，从而在不同子频带传输–不同的时频序列可以用来区分不同的Piconet•优点–采用OFDM技术，能够简单、有效地收集多径能量–采用OFDM技术，频谱利用效率高，频谱使用灵活–技术较成熟，便于CMOS实现MB-OFDM方案发送端原理图MB-OFDM方案DS-UWB方案•频谱的使用–将可用频谱分为高、低两个频段，信号调制在两个频段之一传输，两个频段也可同时或合并使用–两个频段之间为U-NII频段，为避免干扰，没有使用•最多支持8个Piconet同时工作–FDM（高、低频段）＋CDM（不同扩频码集合）–每个Piconet内，采用TDMA方式共享信道，与IEEE802.15.3MAC层协议兼容DS-UWB信号频谱DS-UWB方案DS-UWB方案发送端原理图•三进制扩频码，码长为24•M进制双正交键控（M-BOK）•平方根升余弦（RRC）脉冲UWB应用军用方面（1）UWB雷达（2）UWBLPI/D无线内通系统(预警机、舰船等)（3）战术手持和网络的PLI/D电台（4）警戒雷达（5）UAV/UGV数据链（6）探测地雷（7）检测地下埋藏的军事目标或以叶簇伪装的物体UWB应用民用方面（1）地质勘探及可穿透障碍物的传感器(imagingsystem)（2）汽车防冲撞传感器等(vehicleradarsystem)（3）家电设备及便携设备之间的无线数据通信(communicationandmeasurementssystem)（4）家庭数字娱乐中心UWB应用无线通信系统方面（1）LAN和PAN（2）短距离无线（WSN）UWB发展前景与蓝牙、802111b、802115等无线通信相比，UWB可以提供更快、更远、更宽的传输速率，越来越多的研究者投入到UWB领域，有的单纯开发UWB技术，有的开发UWB应有，有的兼而有之。相信UWB技术，不仅为低端用户所喜爱，且在一些高端技术领域，在军事需求和商业市场的推动下，UWB技术将会进一步发展和成熟起来。Thankyou!