超宽带技术—UWB.ppt

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,UWB,UWB简介,UWB(UltraWideband)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(ImpulseRadio)、时域(TimeDomain)或无载波(CarrierFree)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802.11aHomeRF的区别,UWB蓝牙802.11aHomeRF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528MHz的子频带3频带方案：31684752MHz7频带方案：31684752MHz和60728184MHz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IEEE802.15.3MAC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24M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）UWBLPI/D无线内通系统(预警机、舰船等)（3）战术手持和网络的PLI/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(imagingsystem)（2）汽车防冲撞传感器等(vehicleradarsystem)（3）家电设备及便携设备之间的无线数据通信(communicationandmeasurementssystem)（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、