浅谈UWBPPT课件

物联网通信原理,近距离无线通信浅谈超宽带（UWB）技术,2012-11-17,1,.,超宽带（UWB）技术,1.UWB技术概述2.UWB技术特点3.UWB技术原理4.UWB技术的应用,2,.,1.UWB技术概述,超宽带(UltraWideBand)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。Ps：无载波调制指的是传统的uwb调制方式，现在的UWB可分为基带窄脉冲形式、带通调制载波形式。,3,.,一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制，而UWB是利用起、落点的时域脉冲(几十ns)直接实现调制，超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行，而且以这一过程中所持续的时间，来决定带宽所占据的频率范围。,4,.,基于UWB的宽广频谱，FCC在2002年宣布UWB可用于精确测距，金属探测，新一代WLAN和无线通信。为保护GPS，导航和军事通信频段，UWB限制在3.1-10.6GHz和低于41dB发射功率。,5,.,UWB的本质特点,在极宽的频带中进行通信，并为避免对其它系统造成干扰，发射功率受到严格的限制,6,.,7,.,它大致起源于20世纪60年代Dr.GerladF.Ross对微波网络冲激响应的研究。1989年，美国国防部首次使用超宽带UWB的名称，规定相对带宽大于0.2或在传输的任何时刻带宽大于500MHz的信号为超宽带信号。,8,.,DARPA（美国国防部先进研究项目局）：在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz或相对带宽大于25%FCC（美国联邦通信局）：在-10dB处的绝对带宽大于500MHz或相对带宽大于20%两方面限制：绝对带宽（AbsoluteBandwidth）相对带宽（FractionalBandwidth）,9,.,绝对带宽（AbsoluteBandwidth）,绝对带宽是指信号功率谱最大值两侧某滚降点对应的上截止频率与下截止频率之差。,注：纵坐标PSD（信号功率谱密度），单位是功率/Hz，所表现的是单位频带内信号功率随频率的变换情况。实际应用中，绝对带宽有3dB绝对带宽、20dB绝对带宽等不同选择。,10,.,相对带宽（FractionalBandwidth）,相对带宽是指绝对带宽与中心频率之比。由于超宽带系统经常采用无正弦载波调制的窄脉冲信号承载信息，中心频率并非通常意义上的载波频率，而是上、下截止频率的均值。,中心频率：,11,.,相对带宽（FBW）绝对带宽/中心频率例如，以10dB绝对带宽计算的相对带宽为：,注：FCC规定UWB信号为10dB绝对带宽大于500MHz或相对带宽大于20%的无线电信号。,相对带宽（FractionalBandwidth）,中心频率,12,.,13,.,FCC对UWB系统所使用的频谱范围规定为3.1-10.6GHz，发射机的信号最高功率谱密度为41.3dBm/MHz，如图所示。,14,.,UWBcard,常见UWB连接设备,15,.,dellwirelessdock,常见UWB连接设备,16,.,UWBHUB,常见UWB连接设备,17,.,2.UWB技术特点,（1）传输速率高，通信距离短（2）体积小、功耗低（3）系统共存性好，通信保密度高（4）抗干扰性能强（5）定位精度极高，抗多径能力强,18,.,（1）传输速率高，通信距离短,研究表明：当收发信机之间距离小于10m时，UWB系统的信道容量高于传统的窄带系统；当收发信机之间距离超过12m时，UWB系统在信道容量上的优势将不复存在。高频信号衰落更快，这导致UWB信号产生严重的失真。,19,.,（2）体积小、功耗低,传统的UWB技术无需正弦载波，收发信机不需要复杂的载频调制解调电路和滤波器等。因此，可以大大降低系统复杂度，减小收发信机体积和功耗。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。,20,.,（3）系统共存性好，通信保密度高,极低的功率谱密度（上限仅为41.3dBm/MHz）噪声电平低，与传统的窄带系统有着良好的共存性。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。,21,.,（4）抗干扰能力强,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。,22,.,（5）定位精度极高，抗多径能力强,脉冲宽度一般在亚纳秒级很强的穿透力，高精度测距和定位能力由于信号持续时间很短，当反射波到来时已经接受完毕了。所以UWB信号更适合室内等密集多径环境下的高速率、短距离信息传播应用。,23,.,UWB与WiFi、Bluetooth、ZigBee等的比较,24,.,3.UWB技术原理,利用基带窄脉冲序列通信，脉冲宽度在纳秒、亚纳秒级脉冲波形可以是高斯、升余弦等多种波形通过PPM脉冲相位调制、脉冲极性调制、PAM等方式携带信息采用跳时（TH）、DS-CDMA等多址方案,25,.,26,基带窄脉冲UWB通信原理图,数据/用户接口,编码,脉冲产生,解码,脉冲检测,LNA低噪声放大器,数据/用户接口,.,27,PPMUWB通信系统,.,UWB发射机直接发送纳秒级脉冲来传输数据而不需使用载波电路，所以UWB发射机比现有的无线发射设备要简单得多。经调制后的数据与伪随机码产生器生成的伪随机码一起送入可编程延迟电路，可编程延迟电路产生的时延控制脉冲信号发生器的发送时刻.相关器用特定的模板波形乘接收到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。模板波形匹配时，相关器的输出度量了接收到的单周期脉冲和模板波形的相对时间位置差，当直流输出为正或者负时表示接收到的脉冲相位超前或者落后模板波形相位，根据位置差即可解调出数据序列。,28,.,优点：系统简单，成本低缺点：频谱使用不灵活频谱利用效率不高信息传输速率不高,29,.,主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。,4.UWB技术的应用,30,.,在军用方面，主要应用于UWB雷达、UWBLPID无线内通系统（预警机、舰船等）、战术手持和网络的PLID电台、警戒雷达、UAVUGV数据链、探测地雷、检测地下埋藏的军事目标或以叶