《超宽带通信技术探究.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超宽带通信技术探究.（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、超宽带通信技术探究摘要：超宽带通信具有系统容量大、数据传输速率高、抗多径能力强、成本低、功耗低、信号衰减较小、定位精度高、穿透力强等优点，是下一代无线通信的革命性技术之一。文章探究了UWB技术的理论依据及技术方案；探讨UWB 关键技术的研究现状；阐述了UWB技术的研究方向与发展前景，指出随着研究工作的不断深入，将逐步找到UWB技术现有问题的解决方案，其技术将更加成熟，这项新技术必将在通信领域和电子领域得到广泛的应用，发展前景十分广阔。关键词：无线通信技术；超宽带技术；调制技术一、引言3二、UWB技术简介32.1超宽带(UWB)的定义322超宽带(UWB)的特点42.3 UWB与其他短距离无线通
2、信技术的比较42.3.1 UWB与IEEE 802.11a42.3.2 UWB与HomeRF42.3.3 UWB与蓝牙技术5三、UWB的两大技术标准53.1 MB-OFDM技术53.2 DS-CDMA技术6四、UWB关键技术74.1 超宽带脉冲波形74.2 调制/解调与多址技术74.3快速捕获、同步与检测84.4超宽带小型化天线84.5超宽带信号的传播特性及其信道模型9五、UWB系统的主要性能特点及技术优势9六、UWB与其他通信系统的频谱共存、兼容技术11七、UWB技术挑战12八、超宽带通信技术的应用128.1超宽带技术在国内的应用128.2超宽带技术在国外的应用138.3超宽带技术实际应用1
3、38.3.1超宽带通信技术在高速无线个域网中的应用138.3.2 超宽带通信技术在低速无线个域网中的应用14九、超宽带通信技术的主要研究方向14十、超宽带下一代的无线技术15十一、UWB未来发展前景及趋势分析16十二、展望17十三、参考文献：17一、引言随着社会的发展，移动通信和计算机互联网得到了巨大的发展。无线网络作为移动通信技术和计算机互联网结合的产物，将成为人们实现随时随地自由传递信息的主要手段。无线网络可以认为是综合了移动通信无线接入和互联网网络协议两方面优势的传输多媒体业务的信息传输网络。相对有线网络，无线通信最大的优点是摆脱了有线连接，与此同时也需要面对恶劣的无线信道环境和有限的频
4、谱资源，因此，随着人们对信息传输容量和质量需求的日益增长河无线通信技术的发展，如何利用有限的频谱资源传递更多的信息，即无线网络的频谱效率成为无线网通信的核心问题之一。人们对无线通信系统的要求的不断提高，希望其提供更高的数据传输速率和低成本成本。与此同时超宽带技术引起了人们的重视，已逐渐成为无线通信领域研究、开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。近几年来学术界和企业界均对超宽带(UWB)通信技术表现出极大的兴趣。虽然UWB技术并不是一种崭新的技术早在20世纪60年代。美国军方已经开始将UWB技术应用于雷达、定位和通信系统中。而近年来UWB技术在民用领域中显现出的广阔的应用前景，是
5、其受到如此重视的原因。研究机构ABI在其最近的一份报告中指出，未来几年，超宽带(UWB)无线技术可能在多个应用领域扩大其市场份额。特别是家庭和消费网络设备中的无线视频、音频和数据应用。报告预言UWB将广泛应用于下一代无线通信中，包括WPAN、WEAN和定位跟踪系统其数据来源于对通信、视频、汽车、定位、军队和政府等多个应用市场的调查。报告指出UWB得到广泛应用的最乐观领域在消费电子(CE)产业。二、UWB技术简介无线通信技术的历史可追溯到20 世纪60 年代发展起来的脉冲通信技术，该项技术最初主要用于军事领域。1972年，一种高灵敏的短脉冲接收设备研制成功，进一步加速了UWB技术的研究进展。直到
6、1989年，超宽带(UWB)这一术语才为美国国防部(DARPA)启用。在此之前，这项技术常被称为基带无载波(baseband carrierfree)调制或冲激(impulse)无线电技术。2002年2 月，美国联邦通信委员会（FCC）正式通过了UWB在民用领域应用的通信信号规范，为其应用提供了明确的可实施性。2003 年2 月，FCC又对该规范进行了确认，并局部放宽了对成像系统频带的限制，这是UWB走向商业化的一个重要里程碑。2007 年3 月，ISO正式通过了WiMedia联盟提交的MBOFDM标准，这是第一个UWB技术的国际标准。自此，UWB技术迅速发展。近年来，UWB技术开始用于民用高
7、速、短距离无线通信领域，并呈现出蓬勃发展的态势。超宽带技术解决了困扰无线技术多年的有关传播方面的重大难题，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、能提供厘米级的定位精度等优点。尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接人和军事通信应用中。2.1超宽带(UWB)的定义超宽带的定义随着超宽带的发展几经变化。2002年美国联邦通信委员会(FCC)颁布了最新的UWB频谱规划，并规定只要一个信号在-10dB处的绝对带宽大于0.5GHz或部分带宽(fractional bandwidth)大于20，并且满足FCC功率谱密度限制要求的信号，则这个信号就是超宽带信号。这是目前学术
8、界和企业界均较为认可的定义。FCC还规定了UWB系统在非授权的频段3.110.6GHz之间的75GHz的带宽频率为UWB所使用的频率范围。部分带宽定义为：其中发fH和fL分别为发射天线输出一10dB辐射点所对应的上下频点。从载波方面看，传统的通信技术是把信号从基带调制到载波上，而UWB技术是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制，从而具有吉赫兹量级的带宽。由计算信道容量的Shannon公式可知，信道的容量随带宽线性增加，随信噪比的降低呈对数减小。这种关系说明，无线通信系统的容量可随所占带宽的增加、信噪比的降低而增加。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
9、发了一个具有吉赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。C=最大通道容量 B=通道的带宽 S=信号功率 N=噪声功率22超宽带(UWB)的特点(1)保密性好。UWB利用发送脉冲信号传送数据。每秒可发送10亿个代表O和1的脉冲信号，这些信号被分布在一个很宽的频谱范围内，非常难被侦测到。在大多数情况下，UWB信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，有用的信息完全掩藏在噪声中，所以从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。(2)耗电量低。通常情况下，无线通信系统在通信时要连续发射载波，因此要消耗电能。而UWB不使用载波，它的载体是占空比极低的窄脉冲，因此耗电量上以往系统的110。(3)传输速率高、辐射
10、低。UWB是当今个人无线网领域最高速的接入方法，特别适合短距离(20m)通信技术。DSUWB成品目前已经达到110Mbits的传送能力，并将在2006年有望达到16Gbits。UWB辐射极低，只有-4ldBmMHz。(4)抗干扰性能强。UWB采用跳时扩频信号，在发射时脉冲信号将分布到宽阔的频带中，输出功率极低。(5)UWB无线通信技术能够在同一条光缆上快速、高容量的视频、音频和数据信号，可将网络和电视等电器结合在一起，实现电器的“掌控”。(6)低成本。UWB技术无需进行射频调治和解调，系统设计简单，复杂性低，由此设备的成本低。2.3 UWB与其他短距离无线通信技术的比较2.3.1 UWB与IE
11、EE 802.11aIEEE 80211a是美国电气和电子工程师学会(IEEE)为了改进其最初推出的无线标准IEEE 80211而推出的无线局域网络协议标准。IEEE 8021 la工作在5GHz频带，物理层速率可达54Mbits，传输层可达25Mbits。IEEE 80211a用作无线局域网时的通信距离可以达到100m，而UWB只能在10m以内的范围通信，这对UWB来说是个劣势。但与UWB相比，IEEE 8021la芯片价格昂贵、点对点连接很不经济。2.3.2 UWB与HomeRFHomeRF是由HomeRF工作组开发的，是在家庭区域范围内的任何地方，在PC机和用户电子设备之间实现无线数字通
12、信的开放性工业标准。作为无线技术方案，它代替了需要铺设昂贵传输线的有线家庭网络，为网络中的设备，如笔记本电脑和Internet应用设备提供了漫游功能。HomeRF工作频段是24GHz，支持数据和音频。与UWB相比，HomeRF传输距离远，但速率太低。2.3.3 UWB与蓝牙技术蓝牙(Bluetooth)技术是一种支持点对点或点对多点的话音、数据业务的短距离无线通信技术。蓝牙系统采用一种灵活的无基站的组网方式，使得一个蓝牙设备可同时与7个其他的蓝牙设备相连接。蓝牙产品采用的是跳频技术，能够抗信号衰落；工作于2.4GHzISM(即工业、科学、医学)频段，以省去申请专用许可证的麻烦；采用FM调制方式
13、，使设备变得更为简单可靠；Bluetooth的每一个话音通道支持64kbit/s的同步话音，异步通道支持的最大速率为721kbit/s。Bluetooth的通信速率通常在1Mbit/s以下，通信距离可以达到10m以上。而UWB得通信速率在几百兆比特每秒，通信距离只有几米，因此二者的应用领域不尽相同。总之，这些短距离无线通信技术各有共应用领域，表l比较了UWB与其他短距离无线通信技术的区别。表1 UWB与其他短距离无线通信技术的区别UWBIEEE802.11aHomeRFBluetooth频率范围3.110.6GHz5 GHz2.4 GHz2.42.4835 GHz传输速率1Gbit/s54Mb
14、it/s110Mbit/s1Mbit/s通信距离10m10100m50m10m发射功率1W1W1100mW应用范围近距离多媒体无线局域网家庭语音和数据流家庭和办公互联三、UWB的两大技术标准2003年IEEE 802153a工作组征集提案时，Intel、TI和Xtreme Spectrum分别提出了多频带、正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，OFDM)、直接序列码分多址(direct sequence code division multiple access，DSCDMA)等3种方案，后来多频带方案与正交频分复用方案融合，从而形
15、成了以TI、Intel等公司为首的MB-OFDM和以Xtreme Spectrum、Free,-scale等公司为土的DSCDMA两大联盟7。3.1 MB-OFDM技术MB-OFDM的核心是把频段分成多个528MHz的子频带，每个子频带采用时频交织正交频分复用(timefrequency interpolation OFDM，TFI-OFDM)方式，数据在每个子带上传输。传统意义上的UWB系统使用的是周期不足1ns的脉冲，而MB-OFDM通过多个子带来实现带宽的动态分配，增加了符号的时间，长符号时间的好处是抗符号问干扰(inter-symbol interference，ISl)能力较强。但是这种性能的提高是以收发设备的复杂性为代价的，而且还要考虑子信道问干扰(inter-channel interference，1CI)的影响。MB-OFDM将在性能方面具有优势(初期速度高达480Mbit/s)，而且由于OFDM技术使微弱信号具有近乎完美的能量捕获，所以它的通讯距离也会较远。表2列出了MBOFDM的主要技术参数。表2 MBOFDM主要
