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1、毕 业 设 计题目： 超宽带（UWB)无线定位技术 学 校 院 系 通信与信息工程学院 专 业 通 信 技 术 姓 名 学 号 2012 年 6 月论文题目: 超宽带（UWB)无线通信技术专 业：通信技术学 生：林佳 签名： 指导教师：李新民 签名: 摘 要随着无线通信技术的高速发展，人们对无线通信系统的要求日益提高，超宽带（Ultra-Wideband，UWB)技术凭借其高速率的数据传输、极低的功耗以及其精准的定位等性能，逐渐成为无线通信领域研究的一个热点，受到了广泛的关注。本文首先介绍了超宽带(UWB）技术的历史背景及其定义和特点。其次针对超宽带（UWB)的原理及其波形进行了研究和探讨.然
2、后论述了超宽带（UWB）的调制与接收，并主要分析了PPMTHUW,PAM-DS-UWB,MBOFDMUWB这三种调制方式。最后本文重点介绍了超宽带（UWB）的无线定位技术，首先是对其发展和定义进行了概述,其次分别介绍了超宽带无线定位的参数及其几何模型，重点对UWB定位中TOA的算法进行了研究,最后通过仿真对定位算法的实现做出了验证并得到了重要结论。关键词：超宽带（UWB），无线定位技术论文类型：理论研究性Title：Ultrawideband（UWB)wireless positioning technologyMajor：Communications technologyName： Lin
3、Jia Signature: Supervisor：Li XinMing Signature： AbstractWith the rapid development of wireless communication technology, the wireless communication system of the increasing demand, ultra wideband （UltraWideband， UWB) technology by virtue of its high data rate， low power consumption and its precise p
4、ositioning performance， has become the field of wireless communication research a hot spot， has received the widespread attention.This thesis first introduces the ultra wideband (UWB) technology to the historical background and the definition and characteristics of。 Secondly， ultra wideband （UWB) pr
5、inciple and waveform are studied and discussed. And then discusses the ultra wideband （UWB) modulation and receiving， and primary analysis of PPMTHUW, PAMDSUWB， MBOFDMUWB the three modulation methods。 Finally, this thesis introduces the ultra wideband (UWB） wireless positioning technology, first of
6、its development and definition are outlined, followed by introduces UWB wireless positioning parameters and geometry model, focus on the localization of UWB TOA algorithm is studied， finally through the simulation of positioning algorithm to verify and obtained important conclusion.Key words: ultra
7、wideband (UWB)， wireless positioning technology。Type of thesis: theoretical research目 录第一章 超宽带（UWB)41.1 UWB技术的发展41。2 UWB的定义41.3 UWB的技术特点6第二章 UWB的原理及其波形72。1 UWB的原理72.2 UWB信号的产生72.3 UWB信号的波形72。1。1 UWB信道模型72.1.2高斯脉冲信号8第三章 UWB的调制和接收103。1 UWB典型调制方式103。1。1 PPMTHUWB103.1。2 PAM-DS-UWB113。3。3 MB-OFDMUWB123。2
8、 UWB信号的接收133。2。1无多径时AWGN信道的最佳接收机143.2.2多径信道的Rake接收机15第四章UWB无线定位系统184。1引言184。2无线定位技术184。2。1无线定位的概述184.2.2 UWB无线定位的参数204.2.3 UWB无线定位的几何模型254.3 UWB定位中TOA估计算法294.3。1 TOA估计的信号模型304.3.2 基于TOA位置估计算法324。4 LSE仿真实验及其结果分析344.5 本章小结34总 结35致 谢36参考文献37 / 第一章 超宽带(UWB）1。1 UWB技术的发展对超宽带（UWB，UltraWideband）无限技术（简称UWB技术
9、）的起源众说纷纭，从目前的学者研究工作来看大约可以追溯到20世纪50年代末和60年代初。那时,研究工作在于通过冲激响应特性来描述某一些微波网络的瞬态行为。其实，概念很简单，就是使用所谓的冲击响应h(t)-冲击激励来表征一个线性时变系统,以取代传统的频率响应（幅值与相位值相对于频率值)方法。特别是，对于一个系统的任意输入信号x(t)，其输出信号y(t)可以唯一地由下列卷积来确定: (11) 然而，实际上直到采样示波器和亚纳秒（基带）脉冲发生技术出现之后，才为这样的冲击激励提供了近似方法、观察和测量方法.从此，超宽带技术有了快速的发展。1972年，Robbins发明的敏感短波脉冲接收器取代了笨重的
10、时域示波器，加速了UWB系统的开发.1973年，Sperry获得了第一个UWB通信技术的专利。此后，在将近30年的时间内,UWB的理论、技术和许多相关设备的研制得到了迅速的发展，但大约在1989年之前，“超宽带”这一术语并不常用,各种名称（如基带、无载波或脉冲技术）等均混用。1989年，美国国防部采用“超宽带”这一术语之后，才被业界沿用下来.之后,各种专利也相继被授予，其中包括UWB脉冲的产生和接收方法，通信、雷达、车辆防撞、定位系统、医疗成像、液面感应等应用.在美国，UWB早期的研究工作主要限制在军方，大约在20世纪90年代中期以后，才取消了这种分级限制.2002年4月22日，FCC颁布了U
11、WB占用宽带的有关条例，允许UWB技术和产品参与商业化运作。这一条例的颁布直接促进了基于UWB技术的通信系统的研发，给短距离高速无线通信系统的发展注入了新的活力。为了跟踪这一技术的发展，并形成自主的知识产权，我国也开始以“863项目”的形势扶持与资助这一技术和标准的研究与攻关。1.2 UWB的定义 近几年来，超宽带短距离无线通信引起了全球通信技术领域极大的重视。超宽带通信技术以其传输速率高、抗多径干扰能力强等优点成为短距离无线通信极具竞争力和发展前景的技术之一。FCC(美国通信委员会） 对超宽带系统的最新定义为: （1）信号相对带宽= (式中，、分别为功率较峰值功率下降10dB时所对应的高端频
12、率和低端频率，为载波频率或中心频率。）（2）信号绝对带宽500 MHZ （使用指定的3。1GHZ10.6GHZ频段的通信方式）图1-1 UWB的定义FCC规定UWB工作频谱位于3.110。6GHz。如图1-2所示， UWB与其他技术的产品存在同频和邻频干扰问题。为了降低UWB设备对处于上述频段的其他设备的干扰,必须对UWB设备的发射功率进行限制。UWB信号发射的功率谱密度级可达41。3dBm/MHz. 图12 UWB频谱与其他无线信号频谱的关系1。3 UWB的技术特点由于UWB与传统通信系统相比,工作原理迥异，因此UWB 具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点。（1)系统容量大。香农公式给出C
13、 = Blog2 （1 +S/N) 可以看出,带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应，这一点也正是提出超宽带技术的理论机理.超宽带无线电系统用户数量大大高于3G系统.（2）高速的数据传输。UWB 系统使用上GHz 的超宽频带,根据香农信道容量公式,即使把发送信号功率密度控制得很低，也可以实现高的信息速率。一般情况下,其最大数据传输速度可以达到几百Mbps1Gbps.(3)多径分辨能力强。UWB 由于其极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率,窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠,很容易分离出多径分量,所以能充分利用发射信号的能量。实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达103
14、0dB 的多径环境，UWB 信号的衰落最多不到5dB。（4)隐蔽性好。因为UWB 的频谱非常宽，能量密度非常低,因此信息传输安全性高。另一方面,由于能量密度低，UWB 设备对于其他设备的干扰就非常低。（5）定位精确。冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，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。(6)抗干扰能力强。UWB 扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB 的占空比一般为0。 010. 001 ，具有比其它扩频系统高得多的处理增益，抗干扰能力强。一般来说，UWB 抗干扰处理增益在50dB 以上。(7）低成本和低功耗。UWB 无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环（ PLL） 、压控振荡器(VCO） 、混频器等， 因而结构简单，设备成本将很低.由于UWB 信号无需载波,而是使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短,一般在0。 20ns1。 5ns之间，有很低的占空因数,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB 系统只需要5070mW 的电源，是蓝牙技术的十分之一10。尽管如此,UWB 在技术上面临一定的挑战, 还有诸多技术的问题有待研究解决，比如需要更好地
