UWB概念技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

2004.12UWB－概念、技術(shù)、應(yīng)用和進(jìn)展目次引言：無線通信研發(fā)的新熱點(diǎn)－UWB概念：無線通信的基本問題與概念特點(diǎn)：有關(guān)UWB的ABC應(yīng)用：UWB通信的應(yīng)用技術(shù)：UWB的關(guān)鍵技術(shù)結(jié)語：幾點(diǎn)體會(huì)與建議2004年十大熱門技術(shù)之首UWB畢竟是何方神圣？UWB可以追溯到一百年前波波夫和馬可尼發(fā)明越洋無線電報(bào)的時(shí)代。（spark－gap）現(xiàn)代意義上的超寬帶UWB無線技術(shù)(ImpulseRadio)，消滅于1960年月。超寬帶(UWB)原來專屬軍方使用的技術(shù)，1998年FCC征詢用于民用的意見，2002年2月確定輻射模板正式將其解禁。熱點(diǎn)：由來非正弦載波調(diào)制傳輸：第一個(gè)基于UWB無線電通信的脈沖技術(shù)為SparkGap無線電通信技術(shù)，主要用來傳送摩爾斯電碼。在1942年和1945年，DeRose和Hoeppner就相繼分別申請(qǐng)了隨機(jī)脈沖系統(tǒng)和脈沖通信系統(tǒng)的專利。但因二戰(zhàn)和機(jī)密緣由，被美國(guó)政府封存，直到1954和1961年才先后予以公布。此后對(duì)于相控雷達(dá)的討論深化了脈沖無線電技術(shù)的進(jìn)展。1962年隨著HP采樣示波器面市，微波網(wǎng)絡(luò)基于脈沖的響應(yīng)能夠被直接觀察與討論，討論表明基于脈沖的傳送可廣泛用于雷達(dá)及其它種類的通信，并在70年月受到雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域討論人員的關(guān)注，應(yīng)用到雷達(dá)高精度測(cè)距和測(cè)角。非正弦波形傳輸U(kuò)WB放射信號(hào)傳統(tǒng)無線放射信號(hào)熱點(diǎn)：由來80年月，UWB技術(shù)被看成基帶、無載波的脈沖技術(shù)。始終到1989年，美國(guó)國(guó)防部才采納UWB這個(gè)稱呼，此時(shí)對(duì)UWB及其相關(guān)方面的討論已經(jīng)近30年了。時(shí)隔這么多年后，在最近七八年中其它先進(jìn)的無線技術(shù)如藍(lán)牙技術(shù)、WiFi、WiMAX都先后面世，UWB為什么會(huì)重出江湖并引起如此親密的關(guān)注呢？熱點(diǎn)：由來90年月以來，消費(fèi)者對(duì)訪問網(wǎng)絡(luò)和寬帶多媒體信息獵取的需求有爆炸性的增長(zhǎng)，超出了可用的無線系統(tǒng)傳輸能力。1996年，無線產(chǎn)業(yè)界商量各種小范圍無線網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的方案，包括IEEE802.11、藍(lán)牙、HomeRF、IEEE802.15等。由于缺乏國(guó)際通用的可用頻率，這些標(biāo)準(zhǔn)都工作在2.4GHz“ISM”免授權(quán)頻段，難免相互干擾，而且都不能傳輸如HDTV等市場(chǎng)需要的高速寬帶多媒體業(yè)務(wù)。這使得業(yè)界不得不去尋求更好的無線技術(shù)。

熱點(diǎn)：由來UWB技術(shù)特點(diǎn)與時(shí)代需求的結(jié)合隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)展，網(wǎng)絡(luò)信息傳輸從以文字為主過渡到以多媒體信息為主，因此對(duì)帶寬的要求就比較高；從技術(shù)層面來說，牢靠地傳輸視頻圖像所需的數(shù)據(jù)傳輸速度超過了藍(lán)牙與WiFi的能力；而且，數(shù)據(jù)傳輸速度越高，能量損耗也就越多，不便于便攜應(yīng)用。UWB技術(shù)卻令人驚訝地具有兩種優(yōu)點(diǎn)：一是很高的數(shù)據(jù)傳輸速度（×100），二是能量損耗很少（÷100）。熱點(diǎn)：由來1950196019701980199020002003相繼消滅不同體制UWB應(yīng)用的芯片組和系統(tǒng)2002FCC允許UWB民用通信系統(tǒng)投入使用1998FCC發(fā)布UWB技術(shù)應(yīng)用調(diào)查通告1994第一套公開的UWB通信系統(tǒng)消滅1990OSD/DARPA發(fā)布超寬帶技術(shù)評(píng)估報(bào)告1986第一套”短脈沖”UWB通信系統(tǒng)問世(Ross/Fontana)1974第一個(gè)GPR系統(tǒng)問世（Morey）1973第一個(gè)UWB通信專利（Ross）1960sHarmuth、Ross、Robbins和Etten做了大量基礎(chǔ)討論1950sUWB技術(shù)始于微波網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)響應(yīng)討論熱點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)FCC一石激起千層浪NoticeofInquiry，September1998NoticeofProposedRuleMaking,June2000FirstReportandOrder,April2002madelegalunlicensedoperationofUWBdevicessubjecttocertainrestrictionsReconsiderationOrder,March2003

Principle:tolegalizingUWB“conservative”withrespecttopreventingharmfulinterferencetootherdevicesandservices，sothatUWBemissionlevelsallowedarelessthanorequaltothatforunintentionalradiatorssuchascomputers(-41.3dBm/MHz).熱點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)熱點(diǎn)：產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)：產(chǎn)業(yè)熱點(diǎn)：討論Globecom’04（DallasTA,Nov.29-Dec.3)2sessionsforUWBsystemandmanyotherpapersinothersessionsSpecialissueofjournalsandconferenceonUWBsince2002IntensiveregulationandstandardizationactivitiesMorethan400papersfoundfromNSTLin2003andfastgrownsince2000UWB會(huì)談?wù)撐脑鲩L(zhǎng)情況Globecom2004Tu05:UltrawidebandRadiosInstructor:

MoeZ.Win,MassachusettsInstituteofTechnology

Abstract:

Ultra-widebandwidth(UWB)transmissionsystemshavegainedrecentinterestinthescientific,commercialandmilitarysectors.Widebandwidthprovidesfinedelayresolution,makingUWBaviablecandidateforcommunicationsindensemultipathenvironments,suchasshort-rangeorindoorwirelesscommunications.Byvirtueoftheirrobustnessagainstfadingandsuperiorobstaclepenetration,UWBsystemsallowreliablecommunicationinextremelychallengingenvironmentswheretherearemanyobstaclesproducingdensemultipath.Therefore,theyarecurrentlyunderconsiderationforhighdataratecommunicationsandsensornetworks,becausetheyallowlow-costproductionandreuseof(alreadyoccupied)spectrum.UWBisalsohighlyinterestingformilitaryapplicationbecauseitprovideslowprobabilityofdetectionaswellasanti-jamcapabilities.InterestinUWBsystemshasintensifiedrecentlyduetotherulingbytheUSFederalCommunicationsCommission(FCC)concerningUWBemissionmasks.ThisrulingopensthewayforcoexistencewithtraditionalandprotectedradioservicesandallowsthepotentialuseofUWBtransmissionwithoutallocatedspectrum.Standardizationbodies(likeIEEE802.15)havestartedtodevelopstandardsforUWBsystemsandcompaniesareannouncingproducts.Inthistutorial,wewillgiveatechnicaloverviewthatwillallowtheattendantstodistinguishbetweencommercialhypeandthetruetechnicalpossibilities.WC18:UWBCommunicationsIWC18-1:EmpiricalEigen-analysisofIndoorUWBPropagationChannels

RachidSaadane,AawatifMenouni,RaymondKnopp,DrissAboutajdine(Eurécom,France)

WC18-2:ANovelPulseDesignAlgorithmforUltra-widebandCommunications

NormanC.Beaulieu,BoHu(UniversityofAlberta,Canada)

WC18-3:PerformanceofSpace–TimeBlockcodingandSpace–TimeTrelliscodingforImpulseRadio

FabienHéliot,M.Ghavami,R.Nakhai,A.H.Aghvamii(UniversityofLondon,UK)

WC18-4:TernaryComplementarySetsforMultipleChannelDS-UWBwithReducedPeaktoAveragePowerRatio

DiWu,PredragSpasojevi,IvanSeskar(RutgersUniversity,USA)WC15-7:ApplicationofTime-ReversalwithMMSEEqualizertoUWBCommunications

ThomasStrohmer(UniversityofCalifornia,Davis,USA);MajidEmami,JanHansen,GeorgePapanicolaou,ArogyaswamiJ.Paulraj(StanfordUniversity,USA)WC15-1:PerformanceEvaluationofUWB-IRandDS-UWBwithMMSE-FrequencyDomainEqualization(FDE)

YoshiyukiIshiyama,TomoakiOhtsuki(TokyoUniversityofScience,Japan)

ICC‘04：UltraWidebandSystemsIWC14-1Multi-AccessInterferenceCancellationReceiverforTime-HoppingUltra-WidebandCommunicationHüseyinArslan,UniversityofSouthFlorida,USAWC14-2TrainingSequenceDesignforData-AidedTimingAcquisitioninUWBRadiosZhiTian,MichiganTechnologicalUniversity,USAGeorgiosB.Giannakis,UniversityofMinnesota,USAWC14-3PerformanceComparisonsbetweenTwoSignalingFormatsforUWBCommunicationsA.A.D’Amico,UniversityofPisa,ItalyU.Mengali,UniversityofPisa,ItalyL.Taponecco,UniversityofPisa,ItalyWC14-4UltrawideBandwidthTransmitted-ReferenceSignalingTonyQ.S.Quek,MassachusettsInstituteofTechnology,USAMoeZ.Win,MassachusettsInstituteofTechnology,USAWC14-5UWBPropagationMeasurementsbyPN-SequenceChannelSoundingAnnalisaDurantini,UniversityofRomeTorVergata,ItalyWalterCiccognani,UniversityofRomeTorVergata,ItalyDajanaCassioli,UniversityofRomeTorVergata,ItalyWC14-6ParsimoniousCorrelatedNon-StationaryModelsforRealUWBDataQ.T.Zhang,CityUniversityofHongKong,HongKongS.H.Song,CityUniversityofHongKong,HongKongWC14-7Cramér-RaoLowerBoundsfortheTimeDelayEstimationofUWBSignalsJ.Zhang,TheAustralianNationalUniversity,AustraliaR.A.Kennedy,TheAustralianNationalUniversity,AustraliaT.D.Abhayapala,TheAustralianNationalUniversity,AustraliaWC14-8PerformanceofCoherentandNon-CoherentReceiversforUWBCommunicationsG.Durisi,IstitutoSuperioreMarioBoella,ItalyS.Benedetto,PolitecnicodiTorino,ItalyICC‘04：UltraWidebandSystems2WC18-1PowerSpectralDensityandIn-BandInterferencePowerofUWBSignalsatNarrowbandSystemsZhenzhenYe,NationalUniversityofSingapore,SingaporeA.Madhukumar,NanyangTechnologicalUniversity,SingaporeFrancoisChin,InstituteforCommunicationsResearch,SingaporeWC18-2OntheDependenceofUWBImpulseRadioLinkPerformanceonChannelStatisticsR.D.Wilson,UniversityofSouthernCalifornia,USAR.A.Scholtz,UniversityofSouthernCalifornia,USAWC18-3OntheUWBCoexistencewithUMTSTerminalsRomeoGiuliano,ConsorzioUniversitàIndustria,ItalyGianlucaGuidoni,ConsorzioUniversitàIndustria,ItalyFrancoMazzenga,UniversityofRomeTorVergata,ItalyFrancescoVatalaro,UniversityofRomeTorVergata,ItalyWC18-4PowerLimitsFulfilmentandMUIReductionBasedonPulseShapinginUWBLucaDeNardis,UniversitàdegliStudidiRoma“LaSapienza”,ItalyGuerinoGiancola,UniversitàdegliStudidiRoma“LaSapienza”,ItalyMaria-GabriellaDiBenedetto,UniversitàdegliStudidiRoma“LaSapienza”,ItalyWC18-5DynamicResourceAllocationinTime-VaryingUltraWidebandChannelsGuerinoGiancola,UniversitàdegliStudidiRoma“LaSapienza”,ItalyLucaDeNardis,UniversitàdegliStudidiRoma“LaSapienza”,ItalyMaria-GabriellaDiBenedetto,UniversitàdegliStudidiRoma“LaSapienza”,ItalyEmmanuelDubuis,EcoleNationaleSupérieuredel'ElectroniqueetdesesApplications,FranceWC18-6ScramblerDesigntoReducePowerSpectralDensityofUWBSignalsinIEEE802.15.3aShaominS.Mo,PanasonicInformation&NetworkingTechnologiesLab,USAAlexanderD.Gelman,PanasonicInformation&NetworkingTechnologiesLab,USAWC18-7PerformanceEvaluationofSpaceHoppingUltraWidebandImpulseRadio(SH-UWB-IR)SystemTakahiroEzaki,TokyoUniversityofScience,JapanTomoakiOhtsuki,TokyoUniversityofScience,JapanWC18-8TheTrade-offbetweenProcessingGainsofImpulseRadioSystemsinthePresenceofTimingJitterSinanGezici,PrincetonUniversity,USAAndreasF.Molisch,3MitsubishiElectricResearchLabs,USA,andLundUniversity,SwedenH.VincentPoor,PrincetonUniversity,USAHisashiKobayashi,PrincetonUniversity,USAWC26:UWBCommunicationsIIWC26-1:ANewUWBPulseDesignMethodforNarrowbandInterferenceSuppression

ZhendongLuo,HongGao,YuananLiu,JinchunGao(BeijingUniversityofPostsandTelecommunications,China)

WC26-2:Bi-orthogonalPulseShapeModulationforUltra-widebandWirelessCommunications

NejibBoubaker,KhaledBenLetaief(TheHongKongUniversityofSciencesandTechnology,HongKong)

WC26-3:M-aryPulseShapeModulationforPSWF-basedUWBSystemsinMulti-pathFadingEnvironment

KazutoUsuda,MasaoNakagawa(KeioUniversity,Japan);HonggangZhang(Create-Net,Italy)

WC26-4:EquivalentSystemModelofISIinaFrame-DifferentialIR-UWBReceiver

KlausWitrisal(GrazUniversityofTechnology,Austria);MarcoPausini(DelftUniversityofTechnology,TheNetherlands)

WC26-5:UWBChannelMeasurementsinanIndustrialEnvironment

JohanKaredal,ShurjeelWyne,FredrikTufvesson,(LundUniversity,Sweden);PeterAlmers(LundUniversity,Sweden,andTeliaSoneraAB,Sweden);AndreasF.Molisch(LundUniversity,Sweden,andMitsubishiElectricResearchLabs,USA)

WC26-6:PerformanceAnalysisofNon-CoherentUWBReceiversatDifferentSynchronizationLevels

NingHe,CihanTepedelenlioglu(ArizonaStateUniversity,USA)

WC26-7:MaximumLikelihoodReceiverforMulti-bandKeyingSignalsinAWGNChannel

XiangGao,MortNaraghi-Pour(LouisianaStateUniversity,USA)

WC26-8:PerformanceAnalysisofTimeHoppingandDirectSequenceUWBSpace–TimeSystems

W.PamSiriwongpairat,MasoudOlfat,K.J.RayLiu目次引言：無線通信研發(fā)的新熱點(diǎn)－UWB概念：無線通信的基本問題與概念特點(diǎn)：有關(guān)UWB的ABC應(yīng)用：UWB通信的應(yīng)用技術(shù)：UWB的關(guān)鍵技術(shù)結(jié)語：幾點(diǎn)體會(huì)與建議

有關(guān)無線通信的基本問題與概念為什么會(huì)成為熱點(diǎn)？需求與資源的沖突不斷增長(zhǎng)的服務(wù)速率

102Kbpsto102Mbps不斷增長(zhǎng)的服務(wù)業(yè)務(wù)

Voice,data,video,…不斷增長(zhǎng)的服務(wù)對(duì)象人、設(shè)備、….不斷增長(zhǎng)的服務(wù)要求隨時(shí)、隨地、….高清、定位、….日益缺乏的頻譜日益受限的功率日益敏感的價(jià)格UWBmightprovideanovelsolutiontoreusethespectruminpersonalareanetwork(PAN)概念：帶寬什么是“帶寬”和“寬帶”？頻譜安排的觀點(diǎn)信號(hào)特性的觀點(diǎn)電波傳播的觀點(diǎn)器件設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)“相對(duì)帶寬”與“肯定帶寬”兩種途徑提高載頻（高頻器件，分布參數(shù)，電磁設(shè)計(jì)）加大帶寬（寬帶系統(tǒng)，寬帶匹配，時(shí)域設(shè)計(jì)）概念：容量信息是通過“信道”傳輸?shù)男诺赖淖畲笮畔鬏斄繛椤靶诺廊萘俊眰鹘y(tǒng)的系統(tǒng)通常是在帶寬（B)受限的前提下，提高改善信噪比提高容量；UWB系統(tǒng)則是通過增加帶寬來提高容量。但是，增加B并不能無限地增加容量。Cmax=1.44S/no概念：兼容帶寬與功率的互換性帶寬從哪里來？重用！54321fGHzGPSBlutooth802.11bHomeRFPCSSatelliteFuture802.11aHiperLAN功率譜密度(dBm/MHz)-75.3-41.3概念：性能什么是系統(tǒng)“容量”和“性能”？掩蓋因素（用戶數(shù)）價(jià)格（成本）因素、功耗因素、體積因素目次引言：無線通信研發(fā)的新熱點(diǎn)－UWB概念：無線通信的基本問題與概念特點(diǎn)：有關(guān)UWB的ABC應(yīng)用：UWB通信的應(yīng)用技術(shù)：UWB的關(guān)鍵技術(shù)結(jié)語：幾點(diǎn)體會(huì)與建議定義TimeFrequency-20-100絕對(duì)帶寬(DARPA)絕對(duì)帶寬(FCC)中心頻率頻率軸歸一化功率譜（dB）分?jǐn)?shù)帶寬（FBW）＝肯定帶寬/中心頻率DARPA：FBW>25％（－20dB）FCC：FBW>20％或者肯定帶寬>0.5GHz（－10dB）這樣的系統(tǒng)被定義為UWB系統(tǒng)時(shí)域波形信號(hào)頻譜LargeRelative(andAbsolute)BandwidthUWBisaformofextremelywidespreadspectrumwhereRFenergyisspreadovergigahertzofspectrumWiderthananynarrowbandsystembyordersofmagnitudePowerseenbyanarrowbandsystemisafractionofthetotalUWBsignalscanbedesignedtolooklikeimperceptiblerandomnoisetoconventionalradiosNarrowband(30kHz)WidebandCDMA(5MHz)UWB(SeveralGHz)FrequencyPart15Limit波形與頻譜1M10M100M速率功率1μW10μW100μW1mW10mW100mW1W藍(lán)牙IEEE802.11bIEEE802.11aUWB速率更高功耗更低時(shí)域頻域放射天線空間電場(chǎng)接收天線負(fù)載UWB通信的優(yōu)勢(shì)功率頻率常規(guī)通信寬帶意味著什么？高傳輸速率高牢靠傳輸高時(shí)間分辨率高空間分辨率帶內(nèi)干擾多徑效應(yīng)輻射模板–75–70–65–60–55–50–45–40–35123410FCCPart150.961.611.993.110.6Frequency(GHz)GPS頻帶0.961.611.993.110.6GPSBandUWBEmissionLimitforIndoorSystems0.961.611.993.110.6GPSBandUWBEmissionLimitforOutdoorHand-heldSystems0.961.611.993.110.6Operationislimitedtolawenforcement,fireandrescueorganizations,scientificresearchinstitutions,commercialminingcompanies,andconstructioncompanies.GPSBandUWBEmissionLimitsforGPRs,WallImaging,&MedicalImagingSystems0.961.611.9910.6Operationislimitedtolawenforcement,fireandrescueorganizations.Surveillancesystemsmayalsobeoperatedbypublicutilitiesandindustrialentities.GPSBandUWBEmissionLimitsforThru-wallImaging&SurveillanceSystems容量?jī)?yōu)點(diǎn)１．頻譜利用率高

ＵＷＢ－ＲＴ不需要產(chǎn)生正弦載波信號(hào)，可以直接放射沖激脈沖序列，因而具有很寬的頻譜和很低的平均功率，有利于與其它系統(tǒng)共存，從而提高頻譜利用率。２．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔

ＵＷＢ－ＲＴ不需要正弦波調(diào)制和上、下變頻，也不需要本地振蕩器、功放和混頻器等，因此體積小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)潔。ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)的處理也比較簡(jiǎn)潔，只需要使用很少的射頻或微波器件；射頻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)的頻率自適應(yīng)能力強(qiáng)。３．成本低

將脈沖放射機(jī)和接收機(jī)前端集成到一個(gè)芯片上，再加上時(shí)間基和掌握器，就可以構(gòu)成一部ＵＷＢ通信設(shè)備，因此其成本低。４．系統(tǒng)平安性能好

由于ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)采納了跳時(shí)擴(kuò)頻，其射頻帶寬可以達(dá)到１ＧＨｚ以上，它的放射功率譜密度很低，信號(hào)隱蔽在環(huán)境噪聲和其它信號(hào)之中，用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收和識(shí)別，必須采納與發(fā)端全都的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào)，因此增強(qiáng)了系統(tǒng)的平安性。５．抗多徑衰落能力強(qiáng)

ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)的衰落比較低，有很強(qiáng)的抗多徑衰落的能力。６．系統(tǒng)容量大

ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)的高帶寬帶來了極大的系統(tǒng)容量，由于ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)放射的沖激脈沖占空比極低，系統(tǒng)有很高的增益和很強(qiáng)的多徑分辨力，所以系統(tǒng)容量比其它的無線技術(shù)都高。７．其他

由于ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)的擴(kuò)頻處理增益比較大，即使采納低增益的全向天線，也可使用小于１ｍＷ的放射功率實(shí)現(xiàn)幾公里內(nèi)的通信。如此低的放射功率延長(zhǎng)了系統(tǒng)電源的使用時(shí)間，格外適合移動(dòng)通信設(shè)備的應(yīng)用。有討論表明，使用ＵＷＢ－ＲＴ的手機(jī)其待機(jī)時(shí)間可達(dá)６個(gè)月；而且其低輻射功率可以避開過量的電磁波輻射對(duì)人體的損害。目次引言：無線通信研發(fā)的新熱點(diǎn)－UWB概念：無線通信的基本問題與概念特點(diǎn)：有關(guān)UWB的ABC應(yīng)用：UWB通信的應(yīng)用技術(shù)：UWB的關(guān)鍵技術(shù)結(jié)語：幾點(diǎn)體會(huì)與建議三類應(yīng)用的初步規(guī)范2002年4月，F(xiàn)CC公布了超寬帶設(shè)備在三類民用領(lǐng)域應(yīng)用的初步規(guī)范，規(guī)定了工作頻段、功率限制、開放范圍和使用對(duì)象。三類超寬帶設(shè)備為:成像系統(tǒng)包括透地探測(cè)雷達(dá)（GPRS）、墻內(nèi)、穿墻和醫(yī)用成像以及監(jiān)視設(shè)備；車輛雷達(dá)系統(tǒng)通信系統(tǒng)這些設(shè)備的功率和頻譜都受到嚴(yán)格的限制，只能作用于短距離、小范圍。但FCC指出，今后經(jīng)過更充分的測(cè)試和討論，有可能有條件地逐步放寬對(duì)超寬帶設(shè)備應(yīng)用的限制。

UWB在工作時(shí)可以發(fā)送出大量的格外短、格外快的能量脈沖，這些脈沖都是經(jīng)過精確計(jì)算的，每個(gè)只有幾個(gè)毫微秒長(zhǎng)，它將會(huì)為無線局域網(wǎng)和個(gè)人域網(wǎng)接入技術(shù)帶來低功耗、高帶寬并且相對(duì)簡(jiǎn)潔的無線通信技術(shù)。UWB技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它開發(fā)了一個(gè)具有對(duì)信道衰落不敏感、放射信號(hào)功率譜密度低，有低截獲能力，系統(tǒng)簡(jiǎn)潔度低，能供應(yīng)數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。UWB尤其適用于室內(nèi)等密集場(chǎng)所的高速無線接入和軍事通信應(yīng)用中。超寬帶與WLAN技術(shù)的比較，由圖可見距離在20米以內(nèi)和85米以外，采納相應(yīng)合適的超寬帶技術(shù)在速度、容量、功耗和成本上可優(yōu)于無線局域網(wǎng),而距離在20～85米之間，WLAN具有優(yōu)勢(shì)。缺點(diǎn)UWB也有其目前本身還未克服的、致命的缺點(diǎn)：有效范圍太小，10米左右；在傳輸速度為100Mbps時(shí)，其有效范圍牽強(qiáng)達(dá)到20米左右，也就是說其用武之地太小。就是由于這個(gè)要命的有效范圍，UWB要想大規(guī)模地走向商用還不大現(xiàn)實(shí)。WirelessPANIEEE802.15.1-Bluetooth1.0/15.1a-BT1.2IEEE802.15.2-Wlan&Wpan-coexistIEEE802.15.3-HigherdaterateIEEE802.15.3a-UWB-highrateIEEE802.15.4-ZigBee-LowrateIEEE802.15.4a-AltlowratePHY-UWBIEEE802.15.5-MeshNetwork超寬帶無線技術(shù)以極寬的頻帶換取高速、大容量、低功耗和低成本的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)相同作用范圍10米的超寬帶無線通信系統(tǒng)，其速率可達(dá)到無線局域網(wǎng)802.11b的10倍，藍(lán)牙(Bluetooth)的100倍，而其平均功率僅為上述系統(tǒng)的1/10～1/100，而且還具有更低的成本。各種短距離無線通信系統(tǒng)的空間通信容量，可見超寬帶通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是格外顯著的。2004年5月在北京海爾與飛思卡爾(Freescale)共同展現(xiàn)了應(yīng)用無線UWB技術(shù)將數(shù)碼攝錄機(jī)與等離子平板電視的無線連接。這是首款采納DS-UWB融入家庭影像設(shè)備的全功能模式。InformationServices

Info-stationconceptRoadside‘markers’containingUWBtransmitters.Shortburstofveryhighratedata(100sofMbpsfor1-3secatatime)Messagescouldcontainroadconditions,construction,weatheradvisories.Allowforemergencyassistancecommunication.InformationServices

Info-stationconceptServicestationWhile,pumpinggas,latestvideo/movieorothercontentcouldpurchasedfordownloadandviewinglaterathomeorbypassengersinthevehicle.VehicularRadarCollisionAvoidance/DetectionDriveraid/alerttoavoidcollisions.Aidforairbag/restraintdeploymentResolutiontodistinguishcars/people/animals/polesonornearroadVehicularRadarRoadConditionsSensingUWBradarhastheresolutiontosenseroadconditions(i.e.potholes,dips,bumps,gravelvs.pavement).Informationtodynamicallyadjustsuspension,braking,andotherdrivesystems.CollisionAvoidanceExampleFromMultispectralSolutionsC-bandUWBbackupsensor

(notFCCvehicularradarband)600MHzinstantaneousBWHigh-speed,dualtunneldetectorRange1-50feetagainsthumantarget1-200feetagainstpickuptruckClutterresistantExtremelylowfalsealarmrateUWB的主要市場(chǎng)在家庭與其他無線技術(shù)WLAN、藍(lán)牙相比，UWB較適合家庭無線消費(fèi)市場(chǎng)的需求，例如取代USB作為外設(shè)的接口、把DVD機(jī)播放的視頻流傳輸?shù)礁舯诜块g的電視或PC機(jī)上、在小型公司內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。有的專家猜測(cè)，家用市場(chǎng)將是UWB大顯身手的舞臺(tái)。nstat/MDR公司猜測(cè)，家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)將于2007年增長(zhǎng)至53億美元，其中家庭多媒體無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將占約49%。今年5月海爾、三星和GlobalSun等公司已采納飛思卡爾半導(dǎo)體的UWB技術(shù)在手持?jǐn)z像機(jī)與等離子電視之間實(shí)現(xiàn)無線視頻流傳輸。2004年4月，英特爾于進(jìn)行了速率為480Mbit/s的無線傳送試驗(yàn)。日本的情報(bào)通信綜合討論所(NTCT)5月利用其試制的UWB無線傳送裝置成功進(jìn)行了速率最大為320Mbit/s的數(shù)據(jù)傳送試驗(yàn)?；鸨瑧?yīng)用-幻景還是真實(shí)需求？UWB和802.11n都強(qiáng)調(diào)要瞄準(zhǔn)家庭多媒體應(yīng)用，但是，家庭中是否真的需要這種應(yīng)用還有待討論。目前，在收看數(shù)字電視節(jié)目時(shí)，多是機(jī)頂盒通過線纜和電視機(jī)或其他設(shè)備連接，將來，家庭中真的需要通過無線方式來傳輸這些信號(hào)嗎？還有，各種高速無線協(xié)議在家庭中應(yīng)用，是否有干擾或平安方面的影響？這些都將左右UWN或WLAN的應(yīng)用。目次引言：無線通信研發(fā)的新熱點(diǎn)－UWB概念：無線通信的基本問題與概念特點(diǎn)：有關(guān)UWB的ABC應(yīng)用：UWB通信的應(yīng)用技術(shù)：UWB的關(guān)鍵技術(shù)結(jié)語：幾點(diǎn)體會(huì)與建議UWB通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)脈沖產(chǎn)生技術(shù)脈沖調(diào)制技術(shù)脈沖檢測(cè)技術(shù)天線技術(shù)組網(wǎng)技術(shù)電磁兼容技術(shù)電波傳播技術(shù)脈沖波形UWB依靠脈沖串傳遞信息，因此，脈沖波形的特征及設(shè)計(jì)是UWB系統(tǒng)重要的討論內(nèi)容之一。依據(jù)頻譜特性，超寬帶脈沖可以分為兩大類：基帶脈沖，該類脈沖包含從低頻到高達(dá)幾個(gè)GHz頻率的連續(xù)帶寬；如矩形脈沖、高斯脈沖、高斯單脈沖和瑞利單脈沖等。矩形脈沖和高斯脈沖具有很大的直流重量，工程應(yīng)用價(jià)值不大。工程上常用對(duì)高斯脈沖求一階導(dǎo)數(shù)獲得瑞利單脈沖，求二階導(dǎo)數(shù)獲得高斯單脈沖。高斯單脈沖更適合作為傳遞信息的超寬帶脈沖。特殊脈沖，即滿意特定頻譜要求的脈沖，例如，為了滿意FCC規(guī)定的頻譜特性或抑制窄帶干擾而設(shè)計(jì)的特殊脈沖，一般通過特殊設(shè)計(jì)或?yàn)V波獲得。例如，用漢明窗調(diào)制載波的方法，漢明窗超寬帶脈沖中心頻率和帶寬可以便利地通過參數(shù)調(diào)節(jié)獲得。一個(gè)2GHzGaussianMonocycle的時(shí)域波形和功率譜Monocycle構(gòu)成的PulseTrain的時(shí)域波形和功率譜調(diào)制技術(shù)在超寬帶脈沖無線系統(tǒng)中，信息是調(diào)制在脈沖上傳遞的，既可以用單個(gè)脈沖傳遞不同的信息，也可以使用多個(gè)脈沖傳遞相同的信息。1．單脈沖調(diào)制對(duì)于單個(gè)脈沖，脈沖的幅度、位置和極性變化都可以用于傳遞信息。經(jīng)典的單脈沖調(diào)制技術(shù)包括：脈沖幅度調(diào)制(PAM)脈沖位置調(diào)制(PPM)二相調(diào)制(BPM)開關(guān)鍵控(OOK)脈沖調(diào)制技術(shù)從UWB脈沖極性上來分，有單極性(mono-phase)、雙極性(Bi-phase)和多極性(multi-phase)調(diào)制。單極性調(diào)制中接收機(jī)從脈沖的幅度、到達(dá)時(shí)間或脈沖間隔時(shí)間、脈沖有無來區(qū)分信息，分別稱為脈沖幅度調(diào)制（PAM）、脈沖位置調(diào)制（PPM）和開關(guān)鍵控（OOK）；雙極性調(diào)制，利用脈沖的正負(fù)極性來表示“0”和“1”，與單極性調(diào)制相比，脈沖與脈沖可以連續(xù)放射，允許更長(zhǎng)的碼字，具有更高的效率、更佳的抗干擾和多徑能力，技術(shù)也更簡(jiǎn)潔。多極性調(diào)制技術(shù)最簡(jiǎn)潔，成本最高，應(yīng)用受到限制。PAMPPMOOKBi-phasePPM-UWB基本原理抱負(fù)高斯型單周波脈沖等間隔單周波脈沖串位置調(diào)制脈沖串時(shí)域波形相應(yīng)的頻譜時(shí)域波形與微分高斯脈沖波形相像，其頻譜中心頻率為脈沖長(zhǎng)度的倒數(shù)，半功率帶寬約為中心頻率的1.16倍等間隔單周波脈沖串不攜帶信息，其頻譜呈規(guī)章的蔬齒狀，信號(hào)能量分散在各個(gè)蔬齒中，容易產(chǎn)生頻譜干擾脈沖位置按信息調(diào)制后其蔬齒狀頻譜不再規(guī)章分布，能量在各蔬齒間分布比較均勻，頻譜干擾有所降低，但不很顯著特點(diǎn)和規(guī)律PN碼通道編碼調(diào)制脈沖串PN通道編碼后，頻譜近似白噪聲分布，不再是蔬齒狀，對(duì)其他系統(tǒng)頻譜干擾很小。從時(shí)域來看，每個(gè)用戶有唯一的偽隨機(jī)跳時(shí)編碼，系統(tǒng)則有很多信道編碼PPM檢測(cè)UWB系統(tǒng)采納相關(guān)接收技術(shù)，相關(guān)器用籌備好的模板波形乘以接收到的射頻信號(hào)，再積分就得到一個(gè)直流輸出電壓。相關(guān)器實(shí)質(zhì)上是改進(jìn)了的延遲探測(cè)器，模板波形匹配時(shí)，相關(guān)器的輸出結(jié)果量度了接收到的單周期脈沖和模板波形的相對(duì)時(shí)間位置差。右圖顯示了不同位置脈沖經(jīng)相關(guān)器后的波形走勢(shì)，750ns后的穩(wěn)定波形是輸出結(jié)果。ModulationExamplesPulsePositionModulation(PPM)Thedataiscarriedinthe‘fine’timeshiftofthepulse.M-aryPPMpossible(higherMcanmeanfewertimehoppositionsforagivenframetime)Orthogonal(orbetterdependingonpulseshape)Example:4-aryPPM,

withdata01ModulationExamplesBipolarsignalingThedataiscarriedinthepolarityofthepulse.Antipodal(veryenergyefficient)BiorthogonalsignalingCombinationofPPMandbipolarsignalingM-arybiothogonalhasM/2possiblePPMshiftExample:4-ary

biorthogonal,

withdata10Example:bipolar

withdata1ModulationExamplesPAMVerypoorenergyefficiency.OOKSimpleimplementation.Poorenergyefficiency.Example:OOK

withdataseq:1,0,0,1Example:4-aryPAM

withdataseq:01,11,00,102．多脈沖調(diào)制為了降低脈沖的幅度或提高抗干擾性能，往往采納多個(gè)脈沖傳遞相同的信息，調(diào)制過程可以分兩步：第一步為每組脈沖內(nèi)部單個(gè)脈沖的調(diào)制，稱為擴(kuò)譜(SpreadSpectrum)跳時(shí)擴(kuò)譜(TH-SS)－PPM直接序列擴(kuò)譜(DS-SS)－BPM其次步為每組脈沖作為整體被調(diào)制。每組脈沖作為整體通?？梢圆杉{PAM、PPM或BPM調(diào)制。把第一步和其次步組合起來可得到TH-SSPPM、DS-SSPPM、TH-SSPAM、DS-SSPAM、TH-SSBPM和DS-SSBPM等。多脈沖調(diào)制不僅通過提高脈沖重復(fù)頻率來降低單個(gè)脈沖的幅度或放射功率，更重要的是，多脈沖調(diào)制可以利用不同用戶使用的SS序列之間的正交性實(shí)現(xiàn)多用戶干擾抑制，也可以利用SS序列的偽隨機(jī)性實(shí)現(xiàn)窄帶干擾抑制。TH-SSDS-SSPPMPAMDS信道傳輸與調(diào)制基帶傳輸載波傳輸U(kuò)WB信號(hào)形式可分為兩大類：基帶窄脈沖形式，窄脈沖序列攜帶信息，直接通過天線傳輸，不需要對(duì)正弦載波進(jìn)行調(diào)制，采納時(shí)域信號(hào)處理方式，這種傳輸方式在中低速應(yīng)用時(shí)具有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔、成本低、功耗小、抗多徑能力強(qiáng)、空間/時(shí)間分辨率高、具穿透性、不易被截獲/檢測(cè)、隱秘平安等優(yōu)點(diǎn)，是超寬帶技術(shù)早期進(jìn)展首先采納的方式。

帶通載波調(diào)制方式，可以采納不同的無線傳輸技術(shù)，如OFDM、DS-CDMA等，有利于實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率低功率傳輸，適用于短距離室內(nèi)高速率傳輸?shù)膽?yīng)用，是目前高速多媒體智能家庭/辦公室網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的優(yōu)選技術(shù)?；鶐鬏斆}沖無線電UWB

使用一連串的短脈沖來建構(gòu)單一基本脈沖波型。脈沖短波長(zhǎng)度為0.2ns至1ns，脈沖重復(fù)間隔可至25ns至1ms（占空比1/1000左右）。這種模式讓每個(gè)脈沖之間消滅較長(zhǎng)的無訊號(hào)狀態(tài)，讓每個(gè)頻道脈沖反應(yīng)能逐漸衰減至零，并將字符間干擾降至可忽視的程度，因此不需要使用均衡器。脈沖產(chǎn)生器碼產(chǎn)生器時(shí)鐘振蕩器數(shù)據(jù)輸入調(diào)制可編程定時(shí)延遲乘法器積分器S/H脈沖產(chǎn)生器基帶信號(hào)處理可編程定時(shí)延遲時(shí)鐘振蕩器碼產(chǎn)生器數(shù)據(jù)輸出相關(guān)器接收機(jī)放射機(jī)放射機(jī)不含功放，由脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生所需功率可編程延時(shí)受控于偽隨機(jī)時(shí)間編碼和時(shí)間調(diào)制精密定時(shí)器的時(shí)間分辨度約為幾個(gè)皮秒相關(guān)器進(jìn)行“乘-積分-跟蹤/保持”處理基帶信號(hào)處理器包含鎖定時(shí)間編碼序列的跟蹤環(huán)路，對(duì)時(shí)間調(diào)制進(jìn)行解調(diào)/解碼，并且提取截獲和跟蹤信號(hào)去掌握可編程時(shí)間延遲。接收機(jī)系統(tǒng)框圖及其特點(diǎn)基帶傳輸時(shí)延模板積分器相關(guān)器方案產(chǎn)生模板信號(hào)利用放射參考信號(hào)利用PN碼序列以右上圖為例，平均重復(fù)周期為100ns，超前100ps放射時(shí)表示數(shù)字“0”，滯后100ps放射時(shí)表示“1”。在接收端，相關(guān)器對(duì)脈沖消滅的早晚進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)接收脈沖早1/4個(gè)脈沖，相關(guān)器輸出為“＋1”，當(dāng)接收脈沖晚1/4個(gè)脈沖，相關(guān)器輸出為“－1”，當(dāng)接收脈沖在相關(guān)窗口中心到達(dá)，則輸出為“0”。相關(guān)器輸出100ns100ps位置調(diào)制δ01基帶傳輸基帶傳輸無需射頻模塊，收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，系統(tǒng)功耗小可通過全數(shù)字的軟件無線電的技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)極窄脈沖使得信道中的多個(gè)反射能夠被獨(dú)立地分辨出來，因此對(duì)多徑衰落存在固有的魯棒性可以動(dòng)態(tài)的調(diào)整數(shù)據(jù)率含較多低頻重量，在FCC規(guī)定下頻譜效率不高在實(shí)現(xiàn)高速（100Mbps以上）超寬帶通信時(shí)，對(duì)硬件處理速度要求較高載波傳輸調(diào)制載波的超寬帶，即將超寬帶信號(hào)搬移到合適的頻段進(jìn)行傳輸，具有頻譜資源利用靈敏、效率高、技術(shù)成熟度高等優(yōu)點(diǎn)。調(diào)制載波的超寬帶系統(tǒng)，依據(jù)頻譜使用方式不同，可以分為單帶方式和多帶（MB）方式；依據(jù)采納的關(guān)鍵技術(shù)的不同，可以分為直接序列－碼分多址（DS-CDMA）方案、正交頻分復(fù)用（OFDM）方案等。載波傳輸調(diào)制載波的超寬帶通信系統(tǒng)，在原理、結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)有很多相像之處，因此，目前應(yīng)用于傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的各種先進(jìn)技術(shù)，如CDMA、OFDM、多輸入/多輸出（MIMO）、Turbo檢測(cè)等，都可以應(yīng)用在調(diào)制載波的超寬帶系統(tǒng)中。但是，超寬帶信號(hào)的超寬帶特性，又使這些技術(shù)的應(yīng)用有不少與傳統(tǒng)應(yīng)用方式不同的地方。目前，在IEEE802.15.3a進(jìn)行的高速無線個(gè)域網(wǎng)（HR－WPAN）物理層技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作中，采納了超寬帶技術(shù)，并已從眾多的提案中，通過比較和合并，形成了兩個(gè)主要的候選方案：Motorola等公司支持的DS-CDMA方案和Intel等公司支持的MB-OFDM方案。最后的標(biāo)準(zhǔn)化工作尚在進(jìn)行之中。載波傳輸：?jiǎn)螏c多帶單帶載波傳輸：DS-CDMADS-CDMA方案將FCC規(guī)定的3.1～10.6GHz的可用頻段劃分為高、低兩個(gè)頻段，分別為3.1～5.15GHz（低頻段）和5.825～10.6GHz（高頻段），分別或同時(shí)使用。兩個(gè)頻段之間的部分沒有利用，是為了避開與使用U-NII頻段的其他系統(tǒng)，如802.11a系統(tǒng)的相互干擾。單獨(dú)使用低頻段，可實(shí)現(xiàn)28.5M～400Mbps的傳輸速率；單獨(dú)使用高頻段，可實(shí)現(xiàn)57M～800Mbps的傳輸速率；兩個(gè)頻段同時(shí)使用，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)1.2Gbps的傳輸速率。圖1為DS-CDMA系統(tǒng)的放射端框圖。與一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)一樣，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過信道編碼、調(diào)制、擴(kuò)頻、星座映射和脈沖成形，成為基帶模擬信號(hào)，再調(diào)制載波，然后通過天線放射到空中。在不同的系統(tǒng)速率配置下，信道編碼采納不同的方案，包括卷積碼、Reed-Solomon（RS）碼和級(jí)聯(lián)碼。信道交織采納卷積交織。系統(tǒng)中采納了M－進(jìn)制雙正交鍵控（M-BOK）的聯(lián)合編碼擴(kuò)頻調(diào)制方案。單帶載波傳輸：DS-CDMA系統(tǒng)的超寬帶特性主要體現(xiàn)在其參數(shù)配置上。下表為信息速率為114Mbps時(shí)的系統(tǒng)參數(shù)配置。從表中可以看到，RRC脈沖的帶寬為1.368GHz，碼片速率為1.368Gcps，都遠(yuǎn)高于一般的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。系統(tǒng)使用低頻段，載波中心頻率為4.104GHz，相對(duì)帶寬為1/3，也遠(yuǎn)大于一般的通信系統(tǒng)。調(diào)制方式為最簡(jiǎn)潔的二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）。使用超寬的頻帶、簡(jiǎn)潔的低階調(diào)制方式，實(shí)現(xiàn)高的信息傳輸速率，正是超寬帶通信的主要特點(diǎn)之一。DS-CDMA方案可以支持最多8個(gè)Piconet同時(shí)工作，其中4個(gè)工作在低頻段，另4個(gè)工作在高頻段。同一頻段的4個(gè)Piconet使用不同的擴(kuò)頻碼集合以相互區(qū)分。在一個(gè)Piconet內(nèi)部，各個(gè)用戶以時(shí)分多址（TimeDivisionMultipleAccess,TDMA）的方式共享信道，與802.15.3的媒體接入掌握（MediaAccessControl,MAC）層協(xié)議兼容。單帶載波傳輸：DS-CDMA系統(tǒng)實(shí)例——Xtreme公司套片（Freescale）多帶載波傳輸基本思想將頻帶劃分為多個(gè)>500MHz的子頻帶基于原有的無線通信的原則設(shè)計(jì)各子頻帶信號(hào)多帶載波傳輸多頻帶UWB(跳頻)

在數(shù)GHz的頻譜上直接建立UWB訊號(hào)所衍生的各種建置問題，可以執(zhí)行一套2階段的步驟加以解決，首先建立一套占用500MHz頻寬的調(diào)制機(jī)制，其次針對(duì)訊號(hào)套用跳頻技術(shù)得到最終的傳輸頻寬。上述全部調(diào)制機(jī)制都可再套用跳頻機(jī)制來擴(kuò)增頻寬。這種模式成為業(yè)界所稱的多頻帶。多帶載波傳輸：MB-OFDMMB-OFDM方案為一種多帶超寬帶系統(tǒng)方案。它將3.1G～10.6GHz的可用頻譜劃分為13個(gè)子頻帶，每個(gè)子頻帶的寬度為528MHz。依據(jù)目前的需要和硬件實(shí)現(xiàn)水平，采納了兩種子頻帶配置方案，一種是3帶方案，使用子頻帶1～3，另一種是7帶方案，使用子頻帶1～3和6～9，可以實(shí)現(xiàn)480Mbps的信息傳輸速率。以后通過使用更多的子頻帶，還可以實(shí)現(xiàn)更高的速率。7帶方案中沒有使用子頻帶4、5，是為了避開和U-NII頻段設(shè)備的相互干擾。系統(tǒng)采納時(shí)頻交織的方式，在每個(gè)子頻帶中傳輸OFDM信號(hào)。比如當(dāng)采納3帶方案時(shí)，第1、2、3、4、5、6個(gè)OFDM符號(hào)分別在子頻帶1、2、3、1、2、3中傳輸，依此類推。通過時(shí)頻交織，可以支持多個(gè)Piconet同時(shí)工作。圖2為MB-OFDM方案的放射端框圖。與一般的OFDM系統(tǒng)相像，數(shù)據(jù)經(jīng)過信道編碼、交織、QPSK調(diào)制后，進(jìn)行串并變換、快速Fourier反變換（IFFT）和并串變換，然后加上循環(huán)前綴和保護(hù)間隔，生成OFDM符號(hào)，接著經(jīng)過數(shù)模變換器（DAC）和低通濾波器（圖中未畫出）得到基帶模擬信號(hào)。另一方面，時(shí)頻碼產(chǎn)生器產(chǎn)生變化的子頻帶編號(hào)，選擇不同的載波中心頻率，不同的OFDM符號(hào)調(diào)制不同的載波，實(shí)現(xiàn)時(shí)頻交織。在超寬帶系統(tǒng)中采納OFDM技術(shù)，能夠簡(jiǎn)潔、有效地收集密集多徑信道中的信號(hào)能量，能進(jìn)一步提高頻譜利用效率和利用靈敏性，從而提高系統(tǒng)的性能。多帶載波傳輸：MB-OFDM多帶載波傳輸系統(tǒng)具有自適應(yīng)功能并可升級(jí)可以適應(yīng)不同國(guó)家的無線電管理?xiàng)l例；采納多頻帶方案，可以使得系統(tǒng)更有效的與現(xiàn)有系統(tǒng)（例如IEEE802.11a）共存；多頻帶的各個(gè)子帶技術(shù)都是基于傳統(tǒng)的通信方案?jìng)鬏數(shù)?，因此有利于?shí)現(xiàn)商業(yè)化。

標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)2003年12月，IEEE有關(guān)UWB標(biāo)準(zhǔn)的大商量，讓很多無線芯片供應(yīng)商焦躁關(guān)注。一方是MBOA的標(biāo)準(zhǔn)，另一方是以摩托羅拉為首的DS-SS(CDMA)標(biāo)準(zhǔn)。前者采納多頻帶方式，后者則為單頻帶方式。MBOA聯(lián)盟的成員包括Intel、TI、Philips等。聯(lián)盟曾對(duì)外表示計(jì)劃將在2004年5月正式發(fā)表其針對(duì)下一代無線技術(shù)--UWB的標(biāo)準(zhǔn)，2004年第四季度發(fā)布其標(biāo)準(zhǔn)下的UWB芯片樣片，在2005年其次季度估計(jì)使用該標(biāo)準(zhǔn)無線技術(shù)的產(chǎn)品將會(huì)上市。而摩托羅拉一方也不甘示弱。飛思卡爾半導(dǎo)體已經(jīng)推出了目前業(yè)界唯一實(shí)現(xiàn)正常操作的UWB方案和最新的移動(dòng)多媒體技術(shù)（Freescale的UWB芯片XS110通過FCC認(rèn)證，成為第一家可以將超寬帶技術(shù)應(yīng)用到通信領(lǐng)域110Mbps的公司），其中包括UWBXtremeSpectrum芯片組、移動(dòng)平臺(tái)架構(gòu)MXC以及視頻技術(shù)的i.MX21的應(yīng)用處理器。在2004年的國(guó)際消費(fèi)電子展上，韓國(guó)三星公司展現(xiàn)了采納UWBXtremeSpectrum芯片組的無線電視廣播系統(tǒng)。UWB天線技術(shù)寬帶偶極子天線TEM喇叭寬頻帶微帶天線與陣列加脊喇叭對(duì)數(shù)周期天線螺旋天線UWB天線技術(shù)電磁兼容技術(shù)與設(shè)計(jì)UWB系統(tǒng)之間及其與現(xiàn)有系統(tǒng)之間的共存問題成為超寬帶脈沖系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題之一。解決途徑有:特殊的脈沖設(shè)計(jì)例如，設(shè)計(jì)具有帶寬限制的脈沖避開窄帶干擾對(duì)超寬帶信號(hào)的影響。而設(shè)計(jì)正交脈沖則可以解決多個(gè)超寬帶系統(tǒng)共存的問題。多脈沖調(diào)制技術(shù)可以通過SS碼的正交性或準(zhǔn)正交性實(shí)現(xiàn)對(duì)多用戶干擾和窄帶干擾的抑制。對(duì)多脈沖SS序列的設(shè)計(jì)也可以認(rèn)為是一種特殊的脈沖波形的設(shè)計(jì)。干擾抑制技術(shù)依據(jù)期望信號(hào)與干擾信號(hào)之間的特征差異來實(shí)現(xiàn)，特征差異既可以體現(xiàn)在時(shí)域、頻率和空間，也可以體現(xiàn)在其他變換域或者混合域。信號(hào)處理算法的設(shè)計(jì)既包括模擬、數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)，也包括統(tǒng)計(jì)信號(hào)的各種檢測(cè)方法。共存問題還可以通過媒介接入掌握(MAC)和網(wǎng)絡(luò)資源管理等手段解決。例如，通過帶寬資源、路由或多址技術(shù)的自適應(yīng)安排避開干擾產(chǎn)生，或把干擾降低到最低。電磁兼容技術(shù)與設(shè)計(jì)雖然UWB信號(hào)幾乎不對(duì)工作于同一頻率的無線設(shè)備造成干擾。但是全部帶內(nèi)的無線電信號(hào)都是對(duì)UWB信號(hào)的干擾，UWB可以綜合運(yùn)用偽隨機(jī)編碼和隨機(jī)脈沖位置調(diào)制以及相關(guān)解調(diào)技術(shù)來解決這一問題。ＦＣＣ許可的ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)源僅能放射很小的功率，通信距離較短，而且使用的是已經(jīng)安排給其它業(yè)務(wù)的頻段。然而，很少有人關(guān)注ＵＷＢ－ＲＴ信號(hào)源可能帶來的干擾問題，更多人認(rèn)為應(yīng)該關(guān)注ＵＷＢ－ＲＴ設(shè)備是否應(yīng)該大量增加，并試圖讓其變得無所不在。在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，幾百個(gè)ＵＷＢ－ＲＴ放射機(jī)同時(shí)工作可能會(huì)對(duì)周圍的其它業(yè)務(wù)如導(dǎo)航、救援、移動(dòng)或者固定無線接入業(yè)務(wù)產(chǎn)生有害的干擾。到目前為止，ＵＷＢ－ＲＴ組織花費(fèi)了很大精力來解決上述問題，提出和設(shè)計(jì)了可以避開產(chǎn)生這些干擾的系統(tǒng)。電磁兼容技術(shù)與設(shè)計(jì)Example-EffectiveNoiseFigureofa2dBNFGPSAssumesNoThermalAntennaNoise(antennacannotseetheearth)AssumesallUWBdevicestransmittingsimultaneously(butreallyTDMA)AllUWBdevices10mfromGPSantennaIndoorAggregationIsInsignificant

By4thring,thereare64simultaneoustransmittersaddedatequaldistance,

yettogethertheyproducelessthe1/2percentofthetotalinterferencepowerThetinyreceivednoisedoesnotincreasewithoutboundThemoredistantWPANsbecomeinsignificanti.e.In-buildingaggregationisinsignificantIndoorAggregationIsInsignificantYes,PoweraddsLinearlyBut…asthenumberofdevicesgrows,theenergyaddedbecomesinsignificanti.e.AggregationeffectisimmaterialOutdoorAggregationIsInsignificantAsheightgoesdownBlockagebybuildingstendstoreducethesignal,butTheshorterpathtendstoincreasethesignalOkumura-HatapropagationmodelAntennapatternsGPSantenna:0dBathorizon,-10dBstraightdownUWBantenna:-2dBaverageLowAltitudeAirborneGPSSafetyCriteriaSatisfied

Citywith200UWBdevicespersq.km—aggregationisinsignificantEmitterdensityfromNTIAreportAlldevicestransmittingsimultaneouslyAlldevicesoutside,nobuildingattenuationPlanepassesoverhighestelevationUWBMargingreaterthan30dB23dB34dBbelowThermalnoise!HataR-SquaredThermalNoiseAirplane28metersabovebuildings(RTCAworstcase)-162-157-152-147-142-137-132-127-122-117-11200.511.52DistanceTraveled(km)dBm/MHzHigherAltitudeAirborneGPSSafetyCriteriaSatisfied

Citywith200UWBdevicespersq.km—aggregationisinsignificantEmitterdensityfromNTIAreportAlldevicestransmittingsimultaneouslyAlldevicesoutside,nobuildingattenuationPlanedirectlyoverhighestelevationUWBMargingreaterthan30dBandincreaseswithaltitudeHataR-SquaredThermalNoiseNoiseDieswithAltitudeAggregationisimmaterial-160-155-150-145-140-135-130-125-120-1152575125175225275HeightAboveBuildings(m)dBm/MHz電磁兼容技術(shù)與設(shè)計(jì)電波傳播與信道模型Ultra-widebandwidthprovidesrobustperformanceinmultipathenvironmentsLessseveresignalfadingduetomultipathpropagationmeansfademarginofonlyafewdBExtremelyshortpulsesenableresolutionandconstructiveuseofmultipathenergyusingRAKEreceivertechniques電波傳播與信道模型電波傳播與信道模型ChannelMeasurementPropagationforcommunicationsandradarsystem.Interferencetonarrowbandcommunicationsandotherelectronics.ResistanceofUWBtointerference.MustunderstandchanneleffectstofullyexploittheuniquepropertiesofUWB.IndoorWithinaroom(LOS,NLOS),Betweenrooms/floors,DownhallwaysinvestigatetheimpactofdistanceRx/TxAntennaHeightantennapolarizationIndoor-to-outdoorOutdoorCampusenvironmentRural,Hilly,foliageUrban“Lowaltitude”distance(upto~1km)MobilityInVehicleAutomotive,airlinerChannelMeasurementEnvironmentsE.g.IndoorMeasurementsE.g.:OutdoorMeasurementsBasebandChannelSounderHP54124AFourchanneltestsetPulseGeneratorPico-secondPulseLabsmodel4100StepGeneratorDriverHP54120ADigitizingOscilloscopeDataAcquisitionunitBalunandwidebandhorntransmittingantennaBalunandwidebandhornreceivingantennaChannelRunningL