超宽带技术—UWBppt课件

超宽带技术UWB,2,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,U W B,UWB简介,UWB(Ultra Wideband)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( Impulse Radio)、时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信,Ultra-Wideband, UWB,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IEEE80211a、IEEE80211b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Mbits到几百Mbits，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE80211a和IEEE80211b,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 802.11a HomeRF的区别,UWB 蓝牙 802.11a HomeRF 速率(bps) = =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528 MHz的子频带 3频带方案：3168 4752 MHz 7频带方案： 3168 4752 MHz 和 6072 8184 MHz 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IEEE 802.15.3 MAC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）UWB L PI/ D 无线内通系统(预警机、舰船等) （3）战术手持和网络的PL I/ 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(imaging system) （2）汽车防冲撞传感器等(vehicle radar system) （3）家电设备及便携设备之间的无线数据通信( communication and measurementssystem) （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,Thank you