超寬帶技術(shù)-清華課件

超寬帶技術(shù)Ultra-WideBandTechnology（UWB）超寬帶技術(shù)Ultra-WideBandTechnology1UWB技術(shù)內(nèi)容信道容量UWB的概念UWB技術(shù)UWB的簡(jiǎn)要?dú)v史UWB的應(yīng)用UWB技術(shù)內(nèi)容信道容量2信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)

Nyquist第一準(zhǔn)則（現(xiàn)代通信原理）：

1924年，Nyquist推導(dǎo)出：在滿(mǎn)足抽樣無(wú)失真?zhèn)鬏敵湟獥l件信道上傳輸理想限帶無(wú)串?dāng)_波形，其頻帶利用率為：

信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)Nyquist第一準(zhǔn)則3信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)Shannon定理（應(yīng)用信息論基礎(chǔ)）

1948年，Shannon研究了在Gauss白噪聲干擾下的帶寬受限信道的頻帶利用率，得到著名的Shannon定理：

C與B是線性關(guān)系C與Ｓ／Ｎ是對(duì)數(shù)關(guān)系信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)Shannon定理（應(yīng)用信息論4提高信道容量的方法由Shangnon定理可知有兩種方法：提高信道的信噪比(S/N)。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)都主要考慮S/N,然后通過(guò)采用更復(fù)雜的調(diào)制方式來(lái)提高信道的傳輸速率。提高信道的帶寬如CDMA即是用帶寬換取高的傳輸速率。UWB也是這樣。提高信道容量的方法由Shangnon定理可知有兩5UWB原理（一）TimeDomain創(chuàng)始人LarryFullerton發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)蝹€(gè)的RF單周期可以從天線發(fā)出，這個(gè)單周期信號(hào)在時(shí)間上可被精確定位，并且可以采用匹配接收機(jī)接收來(lái)恢復(fù)發(fā)射的原始信號(hào)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)建立了一個(gè)全新的傳輸方式。UWB原理（一）TimeDomain創(chuàng)始人LarryFu6UWB原理（二）利用窄帶Gaussian單脈沖和跳時(shí)可以把信號(hào)的譜擴(kuò)展到很寬的范圍。所配置的脈沖幀里的脈沖定時(shí)是由一個(gè)時(shí)間PN碼來(lái)控制的。時(shí)間調(diào)制是通過(guò)精確控制每一個(gè)數(shù)據(jù)位的發(fā)射時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。跳時(shí)信號(hào)擴(kuò)譜即把信號(hào)的能量在整個(gè)頻段上分布得更均勻。也即為多用戶(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信道化。UWB原理（二）利用窄帶Gaussian單脈沖和跳時(shí)可以把信7UWB原理（三）傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)總是使用某個(gè)頻帶，即把射頻譜分為頻帶和信道。然后，在此信道中發(fā)射信號(hào)會(huì)是很容易的，此信號(hào)即是所謂的“載波”。而UWB是工作于一個(gè)擴(kuò)譜系統(tǒng)，即帶寬>>最小的有效數(shù)據(jù)率。脈沖持續(xù)時(shí)間非常短。一般情況下，此脈沖的持續(xù)時(shí)間與單個(gè)bit的間隔相對(duì)應(yīng)。UWB原理（三）傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)總是使用某個(gè)頻帶，即把射頻譜分8UWB原理（四）UWB并不依賴(lài)于擴(kuò)譜序列或跳時(shí)序列來(lái)產(chǎn)生寬帶信號(hào)，而是用基本脈沖的短持續(xù)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生寬帶。UWB的天線是靠基帶信號(hào)直接激勵(lì)的。UWB是一個(gè)功率受限體制。UWB原理（四）UWB并不依賴(lài)于擴(kuò)譜序列或跳時(shí)序列來(lái)產(chǎn)生寬帶9UWB的定義美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)關(guān)于UWB的定義：一個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的帶寬大于其中心頻率的25%，或帶寬大于1.5GHz，此系統(tǒng)即可以稱(chēng)為超寬帶（UWB）系統(tǒng)。UWB的定義美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)關(guān)于UWB的定義：10UWB發(fā)射帶寬的定義（一）FCC最近的定義為：比最高的輻射發(fā)射低10dB的頻點(diǎn)間的頻帶為UWB帶寬。此定義的帶寬可能會(huì)超過(guò)數(shù)百M(fèi)Hz甚至1GHz。其有效性值得懷疑。產(chǎn)業(yè)界一些公司提議：UWB帶寬僅由天線的電磁特性決定，此定義易于把握。FCC還為UWB定義了一個(gè)相對(duì)帶寬制（Fractionalbandwidth,Frb）UWB發(fā)射帶寬的定義（一）FCC最近的定義為：比最高的輻射發(fā)11UWB發(fā)射帶寬的定義（二）UWB系統(tǒng)FrB<0.25FrB>0.25系統(tǒng)可以用傳統(tǒng)的RF原理來(lái)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)用傳統(tǒng)的RF原理設(shè)計(jì)會(huì)是很困難的，F(xiàn)rB：信號(hào)帶寬與發(fā)射的中心頻率的比值UWB發(fā)射帶寬的定義（二）UWBFrB<0.25FrB>0.12UWB的含義UWB是一個(gè)可以直接發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的RF技術(shù)。自從60年代被提出之后的40多年間，UWB也被叫做：基帶（baseband）技術(shù)沖擊（impulse）技術(shù)無(wú)載波（carrier-free）技術(shù)這是因?yàn)閁WB技術(shù)采用極窄脈沖（不用載波）在很寬的頻帶上形成低能量沖擊。數(shù)字1和數(shù)字0可以通過(guò)一個(gè)時(shí)當(dāng)?shù)木嚯x進(jìn)行收發(fā)而不需要在已經(jīng)非常擁擠的頻譜上占用一段頻譜。UWB的含義UWB是一個(gè)可以直接發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的RF技13UWB的基本概念（一）高達(dá)數(shù)百Ｍbps的傳輸速率無(wú)載波調(diào)制屬于短距離的無(wú)線通信技術(shù)不占用專(zhuān)門(mén)的頻帶較現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的成本更低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單耗電量?jī)H為現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的1%以下UWB的基本概念（一）高達(dá)數(shù)百Ｍbps的傳輸速率14UWB的基本概念（二）UWB是一項(xiàng)短距離無(wú)線傳輸技術(shù)UWB的傳輸距離一般在10米左右UWB在傳輸距離為10米以?xún)?nèi)時(shí)，其傳輸速率可達(dá)500MbpsUWB的基本概念（二）UWB是一項(xiàng)短距離無(wú)線傳輸技術(shù)15UWB的基本概念（三）UWB以非常寬的頻率帶寬來(lái)?yè)Q取高速的數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)WB不占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無(wú)線技術(shù)使用的頻帶。根據(jù)FCC規(guī)定，UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度必須要限制在美國(guó)放射噪音規(guī)定值-41.3dBm/MHz（換算成功率為1mW/MHz）以下。UWB不使用載波，而是用編碼了的納米級(jí)窄脈沖來(lái)傳遞信息UWB的基本概念（三）UWB以非常寬的頻率帶寬來(lái)?yè)Q取高速的數(shù)16UWB的功率譜密度54根據(jù)FCC的規(guī)定，UWB的功率譜密度<－41.3dBm/MHz321fGHzGPSBlutooth802.11bHomeRFPCSSatelliteFutrue802.11aHiperLAN功率普密度(dBm/MHz)-75.3-41.3UWB的功率譜密度54根據(jù)FCC的規(guī)定，UWB的功率譜密度<17UWB的基本概念（四）UWB系統(tǒng)一般只需要50~70毫瓦的電源功率。此功率

是傳統(tǒng)移動(dòng)電話所需功率的1/100左右；

是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/20左右；因此，UWB設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性。

UWB的基本概念（四）UWB系統(tǒng)一般只需要50~70毫瓦的電18UWB的基本概念（五）RF頻譜位置的靈活選擇UWB不需要占用專(zhuān)門(mén)的頻譜，如果需要，技術(shù)上也允許，UWB頻譜可以被移到較高的、不擁擠的頻段。UWB的基本概念（五）RF頻譜位置的靈活選擇19UWB的基本概念（六）UWB具有非常良好的穿透特性低的工作頻率能夠使得信號(hào)可以穿透如磚和沙漿等材料，所以采用UWB可以實(shí)現(xiàn)很好的監(jiān)視用雷達(dá)方案。采用沖擊脈沖方案的測(cè)地雷達(dá)可以檢測(cè)地下管道出現(xiàn)的問(wèn)題、機(jī)場(chǎng)跑道的地下裂縫及考古，其原理與此相同。UWB的基本概念（六）UWB具有非常良好的穿透特性20UWB的基本概念（七）UWB對(duì)多徑衰落存在固有的魯棒性傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)受到多徑的干擾（如在室內(nèi)）則：難以對(duì)位置進(jìn)行跟蹤難以在擁擠的環(huán)境中很難分辨目標(biāo)多徑干擾和衍射使傳統(tǒng)無(wú)線電的傳輸特性變差

UWB非常窄的波形使得從信道的多個(gè)反射被獨(dú)立分辨。其定位精度可達(dá)幾個(gè)厘米，因此，UWB通常遵守自由空間的傳輸規(guī)律。

UWB的基本概念（七）UWB對(duì)多徑衰落存在固有的魯棒21UWB抗多徑UWB抗多徑22UWB的基本概念（八）UWB對(duì)已申請(qǐng)使用的頻段造成干擾1989年，F(xiàn)CC在Part15.209中規(guī)定了在非授權(quán)頻段對(duì)無(wú)線電設(shè)備發(fā)射功率的限制：頻率高于960MHz，在1MHz的帶寬內(nèi)，測(cè)量距離3米時(shí)，發(fā)射功率在500μw/m內(nèi)，其相應(yīng)的發(fā)射功率譜密度限制在

-

41.3dBm/MHz以下。UWB的基本概念（八）UWB對(duì)已申請(qǐng)使用的頻段造成干擾23UWB的基本概念（九）UWB技術(shù)可以提供很高的安全性從電子噪聲中將脈沖信號(hào)檢測(cè)出來(lái)是一件非常困難的事。完全可以在UWB設(shè)備中對(duì)脈沖的0和1進(jìn)行加密。UWB的基本概念（九）UWB技術(shù)可以提供很高的安全性24UWB的基本概念（十）為保護(hù)GPS等系統(tǒng)的正常運(yùn)行，F(xiàn)CC還考慮在1.2GHz～1.5GHz頻段對(duì)發(fā)射功率譜作20～35dB甚至更低的限制。見(jiàn)下圖：UWB的基本概念（十）為保護(hù)GPS等系統(tǒng)的正常運(yùn)行，F(xiàn)CC還25–75–70–65–60–55–50–45–40–35123410FCCPart150.961.611.993.110.6Frequency(GHz)GPS頻帶–75–70–65–60–55–50–45–26UWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)的區(qū)別根據(jù)FCC的定義，UWB系統(tǒng)的帶寬要大于其中心頻率的25%，或者大于1.5GHz。顯然，這個(gè)帶寬是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各種傳統(tǒng)通信技術(shù)所用的帶寬的。UWB的典型實(shí)現(xiàn)方式是無(wú)載波方式。它能直接調(diào)制一個(gè)具有陡峭的上升沿和下降沿的沖擊（窄脈沖），此沖擊的譜寬可達(dá)幾個(gè)GHzUWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)的區(qū)別根據(jù)FCC的定義，UWB系統(tǒng)的帶寬27UWB收發(fā)機(jī)與傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)的區(qū)別調(diào)制器射頻濾波脈沖源低通數(shù)據(jù)輸入低噪聲放大射頻濾波╳脈沖源采樣及檢測(cè)∽∽數(shù)據(jù)輸出UWB解調(diào)器PRF(PulseRepetitionFreqency)PRF調(diào)制器數(shù)據(jù)輸入╳∽功放射頻濾波帶通低通╳∽╳∽低噪聲放大RFRadioFrequencyRFIF解調(diào)數(shù)據(jù)輸出UWBTraditionalRFUWB收發(fā)機(jī)與傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)的區(qū)別調(diào)制器射頻脈沖源低通數(shù)據(jù)低噪聲28UWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)信號(hào)的區(qū)別UWB發(fā)射信號(hào)傳統(tǒng)無(wú)線發(fā)射信號(hào)UWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)信號(hào)的區(qū)別UWB發(fā)射信號(hào)傳統(tǒng)無(wú)線發(fā)射信號(hào)29UWB接收的優(yōu)勢(shì)可以全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)非常誘人的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)至今仍無(wú)法避開(kāi)射頻通道部分?？梢圆捎密浖o(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)?？梢詣?dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。當(dāng)傳輸距離增加時(shí)，UWB可以用幾個(gè)脈沖發(fā)送一個(gè)比特，以提高在接收端的SNR?？梢詣?dòng)態(tài)地調(diào)整功耗UWB接收的優(yōu)勢(shì)可以全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)非常誘人的優(yōu)勢(shì)，傳30UWB的基本技術(shù)（一）UWB信號(hào)

UWB發(fā)射機(jī)所發(fā)射的窄脈沖類(lèi)似于單周期正弦波，被稱(chēng)為monocycle。發(fā)射機(jī)將發(fā)射一串monocycle被稱(chēng)為脈沖串（pulsetrian），Monocycle并不含有數(shù)據(jù)，脈沖串中的monocycle之間的間隔由數(shù)據(jù)0或1決定。UWB的基本技術(shù)（一）UWB信號(hào)31一個(gè)2GHzGaussianMonocycle的時(shí)域波形和功率譜一個(gè)2GHzGaussianMonocycle的時(shí)域波32Monocycle構(gòu)成的PulseTrain的時(shí)域波形和功率譜Monocycle構(gòu)成的PulseTrain的時(shí)域波形33UWB的基本技術(shù)（二）UWB的調(diào)制技術(shù)①時(shí)間調(diào)制

采用瞬時(shí)開(kāi)關(guān)技術(shù)產(chǎn)生窄脈沖。這些脈沖在時(shí)間上以隨機(jī)或偽隨機(jī)間隔進(jìn)行分布，實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)制，形成多個(gè)信道，以實(shí)現(xiàn)多址通信。②直接序列相位編碼

以數(shù)百M(fèi)bps的速率對(duì)窄脈沖進(jìn)行編碼，多個(gè)編碼脈沖表示一個(gè)bit。然后采用一種以Gbps速率發(fā)射高占空比、寬帶脈沖相位編碼序列。此編碼可提供抗多徑干擾的能力。UWB的基本技術(shù)（二）UWB的調(diào)制技術(shù)34脈沖位置調(diào)制（PPM）S(t)：UWB信號(hào)P(t)：UWB基本脈沖波形：脈沖的幅度偏移：脈沖的時(shí)間偏移脈沖位置調(diào)制（PPM）S(t)：UWB信號(hào)：脈沖的幅度偏移35PPM的脈沖串；是脈沖相對(duì)于參考的提前和延時(shí)PPM的脈沖串；是脈沖相對(duì)于參36UWB的基本技術(shù)（三）UWB的收發(fā)

與傳統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)信機(jī)相比，UWB收發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

在發(fā)射端，信息可以被幾種不同的技術(shù)調(diào)制，如：

脈沖幅度調(diào)制脈沖相位調(diào)制

經(jīng)超寬帶天線發(fā)射出去

在接收端，天線收集的信號(hào)經(jīng)過(guò)：

放大匹配濾波或相關(guān)接收處理高增益門(mén)限電路恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)UWB的基本技術(shù)（三）UWB的收發(fā)37UWB發(fā)送設(shè)備框圖脈沖產(chǎn)生時(shí)鐘可編程延時(shí)調(diào)制碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)輸入U(xiǎn)WB發(fā)送設(shè)備框圖脈沖產(chǎn)生時(shí)鐘可編程延時(shí)調(diào)制碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)輸入38UWB接收設(shè)備框圖多路器脈沖產(chǎn)生碼產(chǎn)生器基帶信號(hào)處理器積分S/H可編程時(shí)間延時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出相關(guān)器截獲與跟蹤控制UWB接收設(shè)備框圖多路器脈沖產(chǎn)生碼產(chǎn)生器基帶信號(hào)處理器積分S39UWB接收模型╳積分延時(shí)樣本產(chǎn)生S/HA/D時(shí)鐘UWB接收模型╳積分延時(shí)樣本產(chǎn)生S/HA/D時(shí)鐘40個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（一）PAN的核心思想是：用無(wú)線代替有線實(shí)現(xiàn)個(gè)人信息終端的智能化互聯(lián)，組建個(gè)人化信息網(wǎng)絡(luò)。PAN定位在家庭和小型辦公室場(chǎng)合，主要應(yīng)用范圍包括：語(yǔ)音通信網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)信息電器互聯(lián)信息自動(dòng)交換個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（一）PAN的核心思想是：用無(wú)線代41個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（二）當(dāng)前PAN的主要技術(shù)有以下四種：藍(lán)牙（Blutooth）技術(shù)：由Ericsson、Nokia、Intel、IBM和Mitsubishi等公司提出與推廣的短距離無(wú)線通信技術(shù)。它支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1998年以來(lái)，已推出1.0A、1.0B版本，并將推出2.0版本。個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（二）當(dāng)前PAN的主要技術(shù)有以下四42個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（三）紅外接口－IrDA技術(shù)它采用紅外線作為通信媒介，支持各種速率的點(diǎn)到點(diǎn)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。是此四種技術(shù)中市場(chǎng)份額最大的。IrDA適合于低成本、跨平臺(tái)的點(diǎn)到點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連接。是一種嵌入式系統(tǒng)。個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（三）紅外接口－IrDA技術(shù)43個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（四）HomeRF:HomeRF是由MicroSoft、Intel、HP、Motorola和Compaq等公司開(kāi)發(fā)的，它的工作頻段為2.4GHz,話音采用DECT標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)通信采用TCP/IP

個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（四）HomeRF:44個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（五）UWB技術(shù)UWB是一種新技術(shù)，其概念類(lèi)似于雷達(dá)。UWB是在很寬的頻段內(nèi)傳送短脈沖，將信息調(diào)制在脈沖的時(shí)間間隔上。UWB的高性能和的功耗低的優(yōu)點(diǎn)使得它將成為未來(lái)市場(chǎng)上強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者之一。

個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（五）UWB技術(shù)453G802.11aHomeRFBT802.11bUWB1101001k1M10M100M1GFutureLANs速率bps距離（米）幾種無(wú)線解決方案的峰值速率和傳輸距離范圍3G802.11aHomeBT802.11bUWB110104605001000UWB(1000)802.11a(83)Blutooth(30)802.11a(1)802.11BlutoothUWB譜容量比較(示意）05001000UWB802.11aBlutooth802.47PAN技術(shù)的性能比較

技術(shù)數(shù)據(jù)率覆蓋距離頻譜BlueToothV1.1721kbps10m2.4GHz802.11b10Mbps75~100m2.4GHz802.11a54Mbps30m5.0GHzHiperLAN25Mbps30m2.4GHzHomeRF10Mbps45m2.4GHzPulseLink2G100Mbps300mUWBPAN技術(shù)的性能比較技術(shù)數(shù)據(jù)率覆蓋距離頻譜B48UWB的發(fā)展史（一）

50年代后期，Lincoln實(shí)驗(yàn)室在開(kāi)發(fā)相位陣列雷達(dá)時(shí)，需要雙共軛網(wǎng)絡(luò)2－N端口分析。從2端口輸入的沖擊，在N端口得到的沖擊響應(yīng)是一組加權(quán)的等間隔的脈沖。如果把這個(gè)共軛的2－N網(wǎng)絡(luò)倒過(guò)來(lái)，成為共軛的N-2網(wǎng)絡(luò)，則可以在N個(gè)端口分別輸入這N個(gè)加權(quán)的等間隔的脈沖，而從2端口就可以得到一個(gè)加權(quán)的等間隔的脈沖串。UWB的研究從此開(kāi)始了。UWB的發(fā)展史（一）50年代后期，L49UWB的發(fā)展史（二）1960年，美國(guó)開(kāi)始在軍用雷達(dá)上使用UWB技術(shù)。發(fā)送ns級(jí)的極窄脈沖，接收和分析反射回來(lái)的脈沖，從而檢測(cè)出目標(biāo)的位置信息。這和傳統(tǒng)的雷達(dá)的根本區(qū)別就在于雷達(dá)發(fā)射的是無(wú)載波脈沖。UWB的發(fā)展史（二）1960年，美國(guó)開(kāi)始在軍用雷達(dá)50UWB的發(fā)展史（三）極窄脈沖的產(chǎn)生1965年，HP公司的Barney.Oliver博士開(kāi)發(fā)了一個(gè)采樣示波鏡，并用雪崩二極管和隧道二極管產(chǎn)生了寬度極窄的脈沖。Rome實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)發(fā)了能發(fā)射脈沖源和他所使用的天線。UWB的發(fā)展史（三）極窄脈沖的產(chǎn)生51UWB的發(fā)展史（四）70年代初，閾值接收器被開(kāi)發(fā)出來(lái)。用雪崩二極管和隧道二極管構(gòu)建出來(lái)的閾值接收器可以檢測(cè)出脈寬極窄的脈沖信號(hào)。這使得UWB系統(tǒng)的基本模塊得以齊全。UWB的發(fā)展史（四）70年代初，閾值接收器被開(kāi)發(fā)出來(lái)。用雪崩52UWB的發(fā)展史（五）2002年2月14日，F(xiàn)CC批準(zhǔn)將UWB用于民用產(chǎn)品。主要包括以下三個(gè)方面：地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器（ImagingSystem)汽車(chē)防沖撞傳感器等(VehicleRadarSystem)3.家電設(shè)備及便攜設(shè)備之間的無(wú)線數(shù)據(jù)通信(CommunicationandMeasurementSystem)UWB的發(fā)展史（五）2002年2月14日，F(xiàn)CC批準(zhǔn)將UWB53UWB的應(yīng)用（一）1972年，出現(xiàn)了第一個(gè)UWB的應(yīng)用：用于汽車(chē)氣囊上的撞擊預(yù)警傳感器傳感器的有效范圍開(kāi)始時(shí)為8英尺（2.5米）左右，后來(lái)由于電源制作技術(shù)的提高，傳感器的有效范圍可以達(dá)到25～30英尺（8米～10米）。后來(lái)，據(jù)此原理，又開(kāi)發(fā)了100米的飛機(jī)跑道傳感器等等。UWB的應(yīng)用（一）1972年，出現(xiàn)了第一個(gè)UWB的應(yīng)用：54UWB的應(yīng)用（二）2.在70年代，隱身物質(zhì)的性能測(cè)量主要采用的技術(shù)就是UWB技術(shù)。Nicolson博士結(jié)合FFT技術(shù)研制了一種窄脈沖裝置，用此裝置可以從一次脈沖沖擊的結(jié)果中測(cè)量出隱身物質(zhì)對(duì)微波的吸收特性。后來(lái)，這種技術(shù)推廣到可以測(cè)量罐槽中的液面高度。UWB的應(yīng)用（二）2.在70年代，隱身物質(zhì)的性能測(cè)量主55UWB的應(yīng)用（三）1978年以后，關(guān)于UWB的研究方向轉(zhuǎn)向了通信方面。語(yǔ)音信號(hào)無(wú)須同步即可以傳輸?shù)綌?shù)百英尺的距離。1979年，通過(guò)城市中的調(diào)頻電臺(tái)的19KHz副載波可以把數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)胶苓h(yuǎn)的距離。UWB的應(yīng)用（三）1978年以后，關(guān)于UWB的研究方向轉(zhuǎn)向了56UWB的應(yīng)用（四）顯示信號(hào)處理定時(shí)接收脈沖形成收發(fā)天線執(zhí)行程序激發(fā)用于安全系統(tǒng)和警方突擊行動(dòng)及災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援等墻UWB的應(yīng)用（四）顯信號(hào)定時(shí)接收脈沖執(zhí)行激用于安全系統(tǒng)和警方57UWB的應(yīng)用（五）區(qū)域安全室外貴重物品安全高責(zé)任區(qū)安全UWB的應(yīng)用（五）區(qū)域安全室外貴重物品安全高責(zé)任區(qū)安全58UWB的應(yīng)用（六）UWB技術(shù)可能被用于PC機(jī)中用UWB實(shí)現(xiàn)USB接口。Intel正在準(zhǔn)備用UWB來(lái)實(shí)現(xiàn)“無(wú)線USB2.0”。（速度已達(dá)480Mbps）盡管尚存在與PC連接需要認(rèn)證，但實(shí)際上只缺少一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。用UWB來(lái)實(shí)現(xiàn)FireWire即（1394）接口。用UWB來(lái)實(shí)現(xiàn)WLAN，并集成在PC機(jī)的芯片組中。UWB的應(yīng)用（六）UWB技術(shù)可能被用于PC機(jī)中59UWB的應(yīng)用（七）作為Bluetooth的物理層使用TimeDomain和MultispectralSolutions公司已經(jīng)向IEEE802.15委員會(huì)提出建議：用UWB作為“藍(lán)牙2”的實(shí)現(xiàn)方案。（IEEE802.15是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了的藍(lán)牙技術(shù)。IEEE802.15委員會(huì)2002年1月成立的SG3a研究組的研究目標(biāo)是100Mbps以上的無(wú)線動(dòng)態(tài)圖像傳輸。）UWB的應(yīng)用（七）作為Bluetooth的物理層使用60UWB的應(yīng)用前景無(wú)線通信精密跟蹤監(jiān)視雷達(dá)混合應(yīng)用UWB的應(yīng)用前景無(wú)線通信61UWB的標(biāo)準(zhǔn)歐洲郵政電信協(xié)會(huì)（CEPT）正在歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織（ERO）的支持下，審查UWB標(biāo)準(zhǔn)。希望在2003年中期形成歐洲標(biāo)準(zhǔn)。為了避免出現(xiàn)不同的標(biāo)準(zhǔn)，重蹈90年代WLAN歐日標(biāo)準(zhǔn)不兼容，不能互操作的舊轍，CEPT將與美國(guó)WPAN標(biāo)準(zhǔn)制定部門(mén)（IEEE802.15.3a）合作，以制定出世界統(tǒng)一的UWB標(biāo)準(zhǔn)。UWB的標(biāo)準(zhǔn)歐洲郵政電信協(xié)會(huì)（CEPT）正在歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織（62UWB應(yīng)用的限制UWB的應(yīng)用收到兩個(gè)方面的限制在美國(guó)，民用或軍用的UWB信號(hào)的傳輸必須得到聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）或國(guó)家電信信息管理局（NTIA）的許可。技術(shù)方面的限制：世界上尚沒(méi)有一家公司推出UWB可用的產(chǎn)品，雖然有很多公司都在宣傳自己的樣機(jī)及用途。UWB應(yīng)用的限制UWB的應(yīng)用收到兩個(gè)方面的限制63UWB技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)工作在3.1～10.6GHz頻段、傳輸速率達(dá)500Mbps的UWB系統(tǒng)的天線和饋線實(shí)現(xiàn)很困難。由于脈寬極窄、信號(hào)低于噪聲電平，接收機(jī)的相關(guān)檢測(cè)接收需要精確的定時(shí)。接收機(jī)的匹配濾波器的精度要求很高。易受傳統(tǒng)窄帶通信機(jī)的干擾。UWB技術(shù)上實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)工作在3.1～10.6GHz頻段、傳輸64UWB的缺欠對(duì)其它無(wú)線系統(tǒng)的干擾

①干擾GPS，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)的安全造成威脅

②干擾利用來(lái)自宇宙的微弱電波進(jìn)行觀測(cè)的天文臺(tái)。

③干擾調(diào)頻調(diào)幅和調(diào)頻廣播以及PAN等被其它傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)干擾分布在頻譜上的各種相對(duì)窄帶的無(wú)線系統(tǒng)所干擾。UWB的缺欠對(duì)其它無(wú)線系統(tǒng)的干擾65謝謝！謝謝！66超寬帶技術(shù)Ultra-WideBandTechnology（UWB）超寬帶技術(shù)Ultra-WideBandTechnology67UWB技術(shù)內(nèi)容信道容量UWB的概念UWB技術(shù)UWB的簡(jiǎn)要?dú)v史UWB的應(yīng)用UWB技術(shù)內(nèi)容信道容量68信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)

Nyquist第一準(zhǔn)則（現(xiàn)代通信原理）：

1924年，Nyquist推導(dǎo)出：在滿(mǎn)足抽樣無(wú)失真?zhèn)鬏敵湟獥l件信道上傳輸理想限帶無(wú)串?dāng)_波形，其頻帶利用率為：

信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)Nyquist第一準(zhǔn)則69信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)Shannon定理（應(yīng)用信息論基礎(chǔ)）

1948年，Shannon研究了在Gauss白噪聲干擾下的帶寬受限信道的頻帶利用率，得到著名的Shannon定理：

C與B是線性關(guān)系C與Ｓ／Ｎ是對(duì)數(shù)關(guān)系信道容量－信道傳輸速率極限參數(shù)Shannon定理（應(yīng)用信息論70提高信道容量的方法由Shangnon定理可知有兩種方法：提高信道的信噪比(S/N)。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)都主要考慮S/N,然后通過(guò)采用更復(fù)雜的調(diào)制方式來(lái)提高信道的傳輸速率。提高信道的帶寬如CDMA即是用帶寬換取高的傳輸速率。UWB也是這樣。提高信道容量的方法由Shangnon定理可知有兩71UWB原理（一）TimeDomain創(chuàng)始人LarryFullerton發(fā)現(xiàn)：?jiǎn)蝹€(gè)的RF單周期可以從天線發(fā)出，這個(gè)單周期信號(hào)在時(shí)間上可被精確定位，并且可以采用匹配接收機(jī)接收來(lái)恢復(fù)發(fā)射的原始信號(hào)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)建立了一個(gè)全新的傳輸方式。UWB原理（一）TimeDomain創(chuàng)始人LarryFu72UWB原理（二）利用窄帶Gaussian單脈沖和跳時(shí)可以把信號(hào)的譜擴(kuò)展到很寬的范圍。所配置的脈沖幀里的脈沖定時(shí)是由一個(gè)時(shí)間PN碼來(lái)控制的。時(shí)間調(diào)制是通過(guò)精確控制每一個(gè)數(shù)據(jù)位的發(fā)射時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。跳時(shí)信號(hào)擴(kuò)譜即把信號(hào)的能量在整個(gè)頻段上分布得更均勻。也即為多用戶(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了信道化。UWB原理（二）利用窄帶Gaussian單脈沖和跳時(shí)可以把信73UWB原理（三）傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)總是使用某個(gè)頻帶，即把射頻譜分為頻帶和信道。然后，在此信道中發(fā)射信號(hào)會(huì)是很容易的，此信號(hào)即是所謂的“載波”。而UWB是工作于一個(gè)擴(kuò)譜系統(tǒng)，即帶寬>>最小的有效數(shù)據(jù)率。脈沖持續(xù)時(shí)間非常短。一般情況下，此脈沖的持續(xù)時(shí)間與單個(gè)bit的間隔相對(duì)應(yīng)。UWB原理（三）傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)總是使用某個(gè)頻帶，即把射頻譜分74UWB原理（四）UWB并不依賴(lài)于擴(kuò)譜序列或跳時(shí)序列來(lái)產(chǎn)生寬帶信號(hào)，而是用基本脈沖的短持續(xù)時(shí)間來(lái)產(chǎn)生寬帶。UWB的天線是靠基帶信號(hào)直接激勵(lì)的。UWB是一個(gè)功率受限體制。UWB原理（四）UWB并不依賴(lài)于擴(kuò)譜序列或跳時(shí)序列來(lái)產(chǎn)生寬帶75UWB的定義美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)關(guān)于UWB的定義：一個(gè)無(wú)線系統(tǒng)的帶寬大于其中心頻率的25%，或帶寬大于1.5GHz，此系統(tǒng)即可以稱(chēng)為超寬帶（UWB）系統(tǒng)。UWB的定義美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)關(guān)于UWB的定義：76UWB發(fā)射帶寬的定義（一）FCC最近的定義為：比最高的輻射發(fā)射低10dB的頻點(diǎn)間的頻帶為UWB帶寬。此定義的帶寬可能會(huì)超過(guò)數(shù)百M(fèi)Hz甚至1GHz。其有效性值得懷疑。產(chǎn)業(yè)界一些公司提議：UWB帶寬僅由天線的電磁特性決定，此定義易于把握。FCC還為UWB定義了一個(gè)相對(duì)帶寬制（Fractionalbandwidth,Frb）UWB發(fā)射帶寬的定義（一）FCC最近的定義為：比最高的輻射發(fā)77UWB發(fā)射帶寬的定義（二）UWB系統(tǒng)FrB<0.25FrB>0.25系統(tǒng)可以用傳統(tǒng)的RF原理來(lái)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)用傳統(tǒng)的RF原理設(shè)計(jì)會(huì)是很困難的，F(xiàn)rB：信號(hào)帶寬與發(fā)射的中心頻率的比值UWB發(fā)射帶寬的定義（二）UWBFrB<0.25FrB>0.78UWB的含義UWB是一個(gè)可以直接發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的RF技術(shù)。自從60年代被提出之后的40多年間，UWB也被叫做：基帶（baseband）技術(shù)沖擊（impulse）技術(shù)無(wú)載波（carrier-free）技術(shù)這是因?yàn)閁WB技術(shù)采用極窄脈沖（不用載波）在很寬的頻帶上形成低能量沖擊。數(shù)字1和數(shù)字0可以通過(guò)一個(gè)時(shí)當(dāng)?shù)木嚯x進(jìn)行收發(fā)而不需要在已經(jīng)非常擁擠的頻譜上占用一段頻譜。UWB的含義UWB是一個(gè)可以直接發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的RF技79UWB的基本概念（一）高達(dá)數(shù)百Ｍbps的傳輸速率無(wú)載波調(diào)制屬于短距離的無(wú)線通信技術(shù)不占用專(zhuān)門(mén)的頻帶較現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的成本更低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單耗電量?jī)H為現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的1%以下UWB的基本概念（一）高達(dá)數(shù)百Ｍbps的傳輸速率80UWB的基本概念（二）UWB是一項(xiàng)短距離無(wú)線傳輸技術(shù)UWB的傳輸距離一般在10米左右UWB在傳輸距離為10米以?xún)?nèi)時(shí)，其傳輸速率可達(dá)500MbpsUWB的基本概念（二）UWB是一項(xiàng)短距離無(wú)線傳輸技術(shù)81UWB的基本概念（三）UWB以非常寬的頻率帶寬來(lái)?yè)Q取高速的數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)WB不占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無(wú)線技術(shù)使用的頻帶。根據(jù)FCC規(guī)定，UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度必須要限制在美國(guó)放射噪音規(guī)定值-41.3dBm/MHz（換算成功率為1mW/MHz）以下。UWB不使用載波，而是用編碼了的納米級(jí)窄脈沖來(lái)傳遞信息UWB的基本概念（三）UWB以非常寬的頻率帶寬來(lái)?yè)Q取高速的數(shù)82UWB的功率譜密度54根據(jù)FCC的規(guī)定，UWB的功率譜密度<－41.3dBm/MHz321fGHzGPSBlutooth802.11bHomeRFPCSSatelliteFutrue802.11aHiperLAN功率普密度(dBm/MHz)-75.3-41.3UWB的功率譜密度54根據(jù)FCC的規(guī)定，UWB的功率譜密度<83UWB的基本概念（四）UWB系統(tǒng)一般只需要50~70毫瓦的電源功率。此功率

是傳統(tǒng)移動(dòng)電話所需功率的1/100左右；

是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/20左右；因此，UWB設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性。

UWB的基本概念（四）UWB系統(tǒng)一般只需要50~70毫瓦的電84UWB的基本概念（五）RF頻譜位置的靈活選擇UWB不需要占用專(zhuān)門(mén)的頻譜，如果需要，技術(shù)上也允許，UWB頻譜可以被移到較高的、不擁擠的頻段。UWB的基本概念（五）RF頻譜位置的靈活選擇85UWB的基本概念（六）UWB具有非常良好的穿透特性低的工作頻率能夠使得信號(hào)可以穿透如磚和沙漿等材料，所以采用UWB可以實(shí)現(xiàn)很好的監(jiān)視用雷達(dá)方案。采用沖擊脈沖方案的測(cè)地雷達(dá)可以檢測(cè)地下管道出現(xiàn)的問(wèn)題、機(jī)場(chǎng)跑道的地下裂縫及考古，其原理與此相同。UWB的基本概念（六）UWB具有非常良好的穿透特性86UWB的基本概念（七）UWB對(duì)多徑衰落存在固有的魯棒性傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)受到多徑的干擾（如在室內(nèi)）則：難以對(duì)位置進(jìn)行跟蹤難以在擁擠的環(huán)境中很難分辨目標(biāo)多徑干擾和衍射使傳統(tǒng)無(wú)線電的傳輸特性變差

UWB非常窄的波形使得從信道的多個(gè)反射被獨(dú)立分辨。其定位精度可達(dá)幾個(gè)厘米，因此，UWB通常遵守自由空間的傳輸規(guī)律。

UWB的基本概念（七）UWB對(duì)多徑衰落存在固有的魯棒87UWB抗多徑UWB抗多徑88UWB的基本概念（八）UWB對(duì)已申請(qǐng)使用的頻段造成干擾1989年，F(xiàn)CC在Part15.209中規(guī)定了在非授權(quán)頻段對(duì)無(wú)線電設(shè)備發(fā)射功率的限制：頻率高于960MHz，在1MHz的帶寬內(nèi)，測(cè)量距離3米時(shí)，發(fā)射功率在500μw/m內(nèi)，其相應(yīng)的發(fā)射功率譜密度限制在

-

41.3dBm/MHz以下。UWB的基本概念（八）UWB對(duì)已申請(qǐng)使用的頻段造成干擾89UWB的基本概念（九）UWB技術(shù)可以提供很高的安全性從電子噪聲中將脈沖信號(hào)檢測(cè)出來(lái)是一件非常困難的事。完全可以在UWB設(shè)備中對(duì)脈沖的0和1進(jìn)行加密。UWB的基本概念（九）UWB技術(shù)可以提供很高的安全性90UWB的基本概念（十）為保護(hù)GPS等系統(tǒng)的正常運(yùn)行，F(xiàn)CC還考慮在1.2GHz～1.5GHz頻段對(duì)發(fā)射功率譜作20～35dB甚至更低的限制。見(jiàn)下圖：UWB的基本概念（十）為保護(hù)GPS等系統(tǒng)的正常運(yùn)行，F(xiàn)CC還91–75–70–65–60–55–50–45–40–35123410FCCPart150.961.611.993.110.6Frequency(GHz)GPS頻帶–75–70–65–60–55–50–45–92UWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)的區(qū)別根據(jù)FCC的定義，UWB系統(tǒng)的帶寬要大于其中心頻率的25%，或者大于1.5GHz。顯然，這個(gè)帶寬是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各種傳統(tǒng)通信技術(shù)所用的帶寬的。UWB的典型實(shí)現(xiàn)方式是無(wú)載波方式。它能直接調(diào)制一個(gè)具有陡峭的上升沿和下降沿的沖擊（窄脈沖），此沖擊的譜寬可達(dá)幾個(gè)GHzUWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)的區(qū)別根據(jù)FCC的定義，UWB系統(tǒng)的帶寬93UWB收發(fā)機(jī)與傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)的區(qū)別調(diào)制器射頻濾波脈沖源低通數(shù)據(jù)輸入低噪聲放大射頻濾波╳脈沖源采樣及檢測(cè)∽∽數(shù)據(jù)輸出UWB解調(diào)器PRF(PulseRepetitionFreqency)PRF調(diào)制器數(shù)據(jù)輸入╳∽功放射頻濾波帶通低通╳∽╳∽低噪聲放大RFRadioFrequencyRFIF解調(diào)數(shù)據(jù)輸出UWBTraditionalRFUWB收發(fā)機(jī)與傳統(tǒng)收發(fā)機(jī)的區(qū)別調(diào)制器射頻脈沖源低通數(shù)據(jù)低噪聲94UWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)信號(hào)的區(qū)別UWB發(fā)射信號(hào)傳統(tǒng)無(wú)線發(fā)射信號(hào)UWB與傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)信號(hào)的區(qū)別UWB發(fā)射信號(hào)傳統(tǒng)無(wú)線發(fā)射信號(hào)95UWB接收的優(yōu)勢(shì)可以全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)非常誘人的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)至今仍無(wú)法避開(kāi)射頻通道部分?？梢圆捎密浖o(wú)線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)。可以動(dòng)態(tài)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。當(dāng)傳輸距離增加時(shí)，UWB可以用幾個(gè)脈沖發(fā)送一個(gè)比特，以提高在接收端的SNR?？梢詣?dòng)態(tài)地調(diào)整功耗UWB接收的優(yōu)勢(shì)可以全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)非常誘人的優(yōu)勢(shì)，傳96UWB的基本技術(shù)（一）UWB信號(hào)

UWB發(fā)射機(jī)所發(fā)射的窄脈沖類(lèi)似于單周期正弦波，被稱(chēng)為monocycle。發(fā)射機(jī)將發(fā)射一串monocycle被稱(chēng)為脈沖串（pulsetrian），Monocycle并不含有數(shù)據(jù)，脈沖串中的monocycle之間的間隔由數(shù)據(jù)0或1決定。UWB的基本技術(shù)（一）UWB信號(hào)97一個(gè)2GHzGaussianMonocycle的時(shí)域波形和功率譜一個(gè)2GHzGaussianMonocycle的時(shí)域波98Monocycle構(gòu)成的PulseTrain的時(shí)域波形和功率譜Monocycle構(gòu)成的PulseTrain的時(shí)域波形99UWB的基本技術(shù)（二）UWB的調(diào)制技術(shù)①時(shí)間調(diào)制

采用瞬時(shí)開(kāi)關(guān)技術(shù)產(chǎn)生窄脈沖。這些脈沖在時(shí)間上以隨機(jī)或偽隨機(jī)間隔進(jìn)行分布，實(shí)現(xiàn)時(shí)間調(diào)制，形成多個(gè)信道，以實(shí)現(xiàn)多址通信。②直接序列相位編碼

以數(shù)百M(fèi)bps的速率對(duì)窄脈沖進(jìn)行編碼，多個(gè)編碼脈沖表示一個(gè)bit。然后采用一種以Gbps速率發(fā)射高占空比、寬帶脈沖相位編碼序列。此編碼可提供抗多徑干擾的能力。UWB的基本技術(shù)（二）UWB的調(diào)制技術(shù)100脈沖位置調(diào)制（PPM）S(t)：UWB信號(hào)P(t)：UWB基本脈沖波形：脈沖的幅度偏移：脈沖的時(shí)間偏移脈沖位置調(diào)制（PPM）S(t)：UWB信號(hào)：脈沖的幅度偏移101PPM的脈沖串；是脈沖相對(duì)于參考的提前和延時(shí)PPM的脈沖串；是脈沖相對(duì)于參102UWB的基本技術(shù)（三）UWB的收發(fā)

與傳統(tǒng)的無(wú)線收發(fā)信機(jī)相比，UWB收發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。

在發(fā)射端，信息可以被幾種不同的技術(shù)調(diào)制，如：

脈沖幅度調(diào)制脈沖相位調(diào)制

經(jīng)超寬帶天線發(fā)射出去

在接收端，天線收集的信號(hào)經(jīng)過(guò)：

放大匹配濾波或相關(guān)接收處理高增益門(mén)限電路恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)UWB的基本技術(shù)（三）UWB的收發(fā)103UWB發(fā)送設(shè)備框圖脈沖產(chǎn)生時(shí)鐘可編程延時(shí)調(diào)制碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)輸入U(xiǎn)WB發(fā)送設(shè)備框圖脈沖產(chǎn)生時(shí)鐘可編程延時(shí)調(diào)制碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)輸入104UWB接收設(shè)備框圖多路器脈沖產(chǎn)生碼產(chǎn)生器基帶信號(hào)處理器積分S/H可編程時(shí)間延時(shí)時(shí)鐘產(chǎn)生數(shù)據(jù)輸出相關(guān)器截獲與跟蹤控制UWB接收設(shè)備框圖多路器脈沖產(chǎn)生碼產(chǎn)生器基帶信號(hào)處理器積分S105UWB接收模型╳積分延時(shí)樣本產(chǎn)生S/HA/D時(shí)鐘UWB接收模型╳積分延時(shí)樣本產(chǎn)生S/HA/D時(shí)鐘106個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（一）PAN的核心思想是：用無(wú)線代替有線實(shí)現(xiàn)個(gè)人信息終端的智能化互聯(lián)，組建個(gè)人化信息網(wǎng)絡(luò)。PAN定位在家庭和小型辦公室場(chǎng)合，主要應(yīng)用范圍包括：語(yǔ)音通信網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關(guān)信息電器互聯(lián)信息自動(dòng)交換個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（一）PAN的核心思想是：用無(wú)線代107個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（二）當(dāng)前PAN的主要技術(shù)有以下四種：藍(lán)牙（Blutooth）技術(shù)：由Ericsson、Nokia、Intel、IBM和Mitsubishi等公司提出與推廣的短距離無(wú)線通信技術(shù)。它支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1998年以來(lái)，已推出1.0A、1.0B版本，并將推出2.0版本。個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（二）當(dāng)前PAN的主要技術(shù)有以下四108個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（三）紅外接口－IrDA技術(shù)它采用紅外線作為通信媒介，支持各種速率的點(diǎn)到點(diǎn)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。是此四種技術(shù)中市場(chǎng)份額最大的。IrDA適合于低成本、跨平臺(tái)的點(diǎn)到點(diǎn)高速數(shù)據(jù)連接。是一種嵌入式系統(tǒng)。個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（三）紅外接口－IrDA技術(shù)109個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（四）HomeRF:HomeRF是由MicroSoft、Intel、HP、Motorola和Compaq等公司開(kāi)發(fā)的，它的工作頻段為2.4GHz,話音采用DECT標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)通信采用TCP/IP

個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（四）HomeRF:110個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（五）UWB技術(shù)UWB是一種新技術(shù)，其概念類(lèi)似于雷達(dá)。UWB是在很寬的頻段內(nèi)傳送短脈沖，將信息調(diào)制在脈沖的時(shí)間間隔上。UWB的高性能和的功耗低的優(yōu)點(diǎn)使得它將成為未來(lái)市場(chǎng)上強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者之一。

個(gè)人局域網(wǎng)（PAN）的概念（五）UWB技術(shù)1113G802.11aHomeRFBT802.11bUWB1101001k1M10M100M1GFutureLANs速率bps距離（米）幾種無(wú)線解決方案的峰值速率和傳輸距離范圍3G802.11aHomeBT802.11bUWB1101011205001000UWB(1000)802.11a(83)Blutooth(30)802.11a(1)802.11BlutoothUWB譜容量比較(示意）05001000UWB802.11aBlutooth802.113PAN技術(shù)的性能比較

技術(shù)數(shù)據(jù)率覆蓋距離頻譜BlueToothV1.1721kbps10m2.4GHz802.11b10Mbps75~100m2.4GHz802.11a54Mbps30m5.0GHzHiperLAN25Mbps30m2.4GHzHomeRF10Mbps45m2.4GHzPulseLink2G100Mbps300mUWBPAN技術(shù)的性能比較技術(shù)數(shù)據(jù)率覆蓋距離頻譜B114UWB的發(fā)展史（一）

50年代后期，Lincoln實(shí)驗(yàn)室在開(kāi)發(fā)相位陣列雷達(dá)時(shí)，需要雙共軛網(wǎng)絡(luò)2－N端口分析。從2端口輸入的沖擊，在N端口得到的沖擊響應(yīng)是一組加權(quán)的等間隔的脈沖。如果把這個(gè)共軛的2－N網(wǎng)絡(luò)倒過(guò)來(lái)，成為共軛的N-2網(wǎng)絡(luò)，則可以在N個(gè)端口分別輸入這N個(gè)加權(quán)的等間隔的脈沖，而從2端口就可以得到一個(gè)加權(quán)的等間隔的脈沖串。UWB的研究從此開(kāi)始了。UWB的發(fā)展史（一）50年代后期，L115UWB的發(fā)展史（二）1960年，美國(guó)開(kāi)始在軍用雷達(dá)上使用UWB技術(shù)。發(fā)送ns級(jí)的極窄脈沖，接收和分析反射回來(lái)的脈沖，從而檢測(cè)出目標(biāo)的位置信息。這和傳統(tǒng)的雷達(dá)的根本區(qū)別就在于雷達(dá)發(fā)射的是無(wú)載波脈沖。UWB的發(fā)展史（二）1960年，美國(guó)開(kāi)始在軍用雷達(dá)116UWB的發(fā)展史（三）極窄脈沖的產(chǎn)生1965年，HP公司的Barney.Oliver博士開(kāi)發(fā)了一個(gè)采樣示波鏡，并用雪崩二極管和隧道二極管產(chǎn)生了寬度極窄的脈沖。Rome實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)發(fā)了能發(fā)射脈沖源和他所使用的天線。UWB的發(fā)展史（三）極窄脈沖的產(chǎn)生117UWB的發(fā)展史（四）70年代初，閾值接收器被開(kāi)發(fā)出來(lái)。用雪崩二極管和隧道二極管構(gòu)建出來(lái)的閾值接收器可以檢測(cè)出脈寬極窄的脈沖信號(hào)。這使得UWB系統(tǒng)的基本模塊得以齊全。UWB的發(fā)展史（四）70年代初，閾值接收器被開(kāi)發(fā)出來(lái)。用雪崩118UWB的發(fā)展史（五）2002年2月14日，F(xiàn)CC批準(zhǔn)將UWB用于民用產(chǎn)品。主要包括以下三個(gè)方面：地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器（ImagingSystem)汽車(chē)防沖撞傳感器等(VehicleRadar