【正文】 從無線電的發(fā)明和發(fā)展過程來看，無線通信是從超寬帶通信開始的。 20實(shí)際90年代以后，為了利用超寬帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，科學(xué)家在評(píng)估了超寬帶可行性的同時(shí)，重點(diǎn)研究了其與其他通信系統(tǒng)的共存性問題。在美國(guó)軍方和航空界等發(fā)表了眾多不同意見的情況下，F(xiàn)CC仍有條件地開放了超寬帶技術(shù)在短距離無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用許可，在2000年6月發(fā)布了修改PART15規(guī)范的建議，以便為UWB的應(yīng)用鋪平道路。這3個(gè)用途分別是： 成像系統(tǒng)：如地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器等，包括地面穿透雷達(dá)、墻內(nèi)、穿墻和醫(yī)用成像、救生系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)等。與FCC關(guān)于同處這一頻帶輻射噪聲的規(guī)定值（41dBm/MHz）相比，F(xiàn)CC將UWB系統(tǒng)輸出功率限制到了還要再低34dBm的數(shù)值上。 表51 FCC授權(quán)的超寬帶技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和使用頻段應(yīng)用領(lǐng)域使用頻段透地雷達(dá)成像系統(tǒng)960MHz以下，（～）墻內(nèi)成像系統(tǒng)960MHz以下，（～）穿墻成像系統(tǒng)960MHz以下，（～）醫(yī)療系統(tǒng)（～）監(jiān)視系統(tǒng)（～）汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)通信與測(cè)量系統(tǒng)～ 超寬帶技術(shù)的應(yīng)用 超寬帶無線通信技術(shù)的主要功能包括無線通信和定位功能。根據(jù)上述的功能，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用與無線多媒體局域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、雷達(dá)定位和成像系統(tǒng)以及應(yīng)用與軍事、公安、救援、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。而采用超寬帶技術(shù)為這些設(shè)備提供高速無線連接將是比較理想的解決方案，配合上層協(xié)議靈活地改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，既可以?shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)設(shè)備互連。UWB的典型應(yīng)用包括機(jī)頂盒、DVD和數(shù)碼攝像機(jī)與數(shù)字電視的無線連接，數(shù)碼照相機(jī)與電視、打印機(jī)之間的連接等。用戶沒有必要將所有這些設(shè)備都放置在同一桌面或者房間內(nèi)，每種設(shè)備可以被自由地移動(dòng)位置。 超寬帶技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用 正如大多數(shù)的無線通信技術(shù)的發(fā)展過程一樣，軍事應(yīng)用是最早推動(dòng)超寬帶技術(shù)研究的主要?jiǎng)恿Α? 在軍用方面主要用于如下領(lǐng)域：UWB雷達(dá)、UWB LP I/D無線內(nèi)通系統(tǒng)（艦船等）、戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的PL I/D電臺(tái)、警戒雷達(dá)、探測(cè)地雷、檢測(cè)地下埋藏的軍事目標(biāo)或以葉簇偽裝的物體。 針對(duì)單脈沖單頻段超寬帶系統(tǒng)的缺點(diǎn)，多頻帶脈沖調(diào)制方式是一種改進(jìn)的超寬帶調(diào)制方式。 超寬帶天線的發(fā)展 天線是任何無線系統(tǒng)物理層的重要組成部分，UWB系統(tǒng)也不例外。在UWB系統(tǒng)中，通常使用的是面天線，它的特點(diǎn)是能產(chǎn)生對(duì)稱波束，可平衡UWB饋電，能夠保證比較好的波形。DSUWB提案采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)，～～。由這三個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)的超寬帶收發(fā)信機(jī)，通過無線連接提供一個(gè)完全的端到端的無線局域網(wǎng)和無線個(gè)域網(wǎng)。飛思卡爾的DSUWB解決方案可廣泛應(yīng)用于不同的無線產(chǎn)品上，目前已銷售給全球的原始設(shè)備制造商，并已被多家公司及廠商采用，目前飛思卡爾的XS110方案已經(jīng)可提供高達(dá)110Mpbs的傳輸速度，而預(yù)計(jì)660Mpbs的速度傳輸解決方案也會(huì)很快推出新產(chǎn)品。 超寬帶技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用前景 超寬帶技術(shù)從20世紀(jì)60年代重新走入人們視野之后，以其優(yōu)良的特性逐步進(jìn)入雷達(dá)、定位和通信領(lǐng)域。IEEE的802系列標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展迅速，WLAN已在全世界得到了推廣使用，一些超寬帶的無線技術(shù)也表現(xiàn)活躍,UWB的研究和標(biāo)準(zhǔn)化工作快速推進(jìn)。 雖然目前國(guó)際上尚未確立統(tǒng)一的UWB商用體制標(biāo)準(zhǔn)，但我相信，UWB作為一種高性能的近距離無線傳輸技術(shù)具有巨大的潛力，它一定會(huì)在未來無線數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域充分發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)。因此UWB信號(hào)在無線通信中具有較好的應(yīng)用前景，相應(yīng)地研究選取適合的UWB信號(hào)波形就顯得十分重要。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的寫作過程讓我受益匪淺，最大的收獲就是讓我培養(yǎng)了腳踏實(shí)地、認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，不怕吃苦、不怕困難的精神。尤其要感謝我的論文指導(dǎo)老師—楊新明老師，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和悉心的幫助，不厭其煩的幫助我進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。 衷心感謝所有幫助過我的人們！參考文獻(xiàn)[1] 王德強(qiáng)、李長(zhǎng)青《超寬帶無線通信技術(shù)》，中興通信技術(shù)，2005年第6期[2] 王金龍《無線超寬帶（UWB）通信原理與應(yīng)用》，人民郵電出版社[3] 鄒衛(wèi)霞、周正、張春青，《 UWB 的調(diào)制與多址技術(shù)》，濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào)，2004年12月第4 期第18 卷[4] 方旭明，《短距離無線與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)》，人民郵電出版社.[5] 張中兆、沙學(xué)軍、張欽宇、吳宣利，《超寬帶通信系統(tǒng)》，電子工業(yè)出版社[6] 魏崇毓，《無線通信基礎(chǔ)及應(yīng)用》，西安電子科技大學(xué)出版社[7] 謝遠(yuǎn)生，《信積極推動(dòng)我國(guó)無線電技術(shù)應(yīng)用發(fā)展》[8] 李靜芳，《信息時(shí)代聚焦超寬帶技術(shù)》，電子技術(shù)報(bào)，2005寧可累死在路上，也不能閑死在家里！寧可去碰壁，也不能面壁。能干的人，不在情緒上計(jì)較，只在做事上認(rèn)真；無能的人！不在做事上認(rèn)真，只在情緒上計(jì)較。什么是奮斗？奮斗就是每天很難，可一年一年卻越來越容易。 感謝母校內(nèi)所有教過我的老師們，他們無私的傳道、授業(yè)、解惑，讓我能辯事理、明是非，讓我在人生的長(zhǎng)路上向前邁進(jìn)一大步。我想這是一次對(duì)意志的磨練，也是對(duì)我實(shí)際能力的一些提升，相信這對(duì)我今后走向工作崗位是至關(guān)重要的。本文僅對(duì)UWB技術(shù)在無線個(gè)人局域網(wǎng)和軍用中的應(yīng)用進(jìn)行了論述，以及提出了UWB技術(shù)的不足之處和解決方案，最后對(duì)UWB技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展前景作了展望。而且已不僅限于軍事方面的應(yīng)用，自2002年2月FCC批準(zhǔn)UWB技術(shù)用于民用產(chǎn)品的開發(fā)和研制，UWB技術(shù)在10m內(nèi)的家庭環(huán)境中和中小企業(yè)內(nèi)部更能發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。但是，從世界范圍來講，頻譜資源又是全人類共享的有限自然資源。 超寬帶無線通信技術(shù)已經(jīng)作為一種民用產(chǎn)品進(jìn)入我們的生活中，給我們帶來前所未有的便利，信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局副局長(zhǎng)謝遠(yuǎn)生認(rèn)為超寬帶無線接入前景廣闊。 此外，數(shù)量眾多的模塊在展會(huì)上也引人注目，如Global Sun公司的miniPCI接口器件，該器件面向期望在各自產(chǎn)品中集成UWB功能的OEM廠商。 其中，飛思卡爾半導(dǎo)體展出了一款由其前母公司摩托羅拉設(shè)計(jì)的具備UWB功能的手機(jī)，這種手機(jī)能連接便攜式電腦，可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載MP3文件或手機(jī)所拍的照片。飛思卡爾的芯片組XS110，于2002年2月獲得FCC原有UWB規(guī)則認(rèn)證，該芯片使用DSUWB方案，每秒的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)110Mbit，可在最遠(yuǎn)20m范圍內(nèi)進(jìn)行多條高清晰度視頻流傳輸。 超寬帶芯片設(shè)計(jì) 超寬帶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，超寬帶接收機(jī)可以用幾個(gè)芯片，甚至單個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)。 超寬帶系統(tǒng)的天線在極寬的頻帶上很難一直都有很好的匹配阻抗，天線的發(fā)射效率和發(fā)射圖案對(duì)發(fā)射的脈沖有空間和時(shí)間的濾波作用。第6章 超寬帶技術(shù)的開發(fā)及發(fā)展前景 自20世紀(jì)90年代后期至今，由于超寬帶技術(shù)的成熟，各種規(guī)范的制定，使得超寬帶技術(shù)有可能進(jìn)入廣闊的民用消費(fèi)市場(chǎng)，超寬帶技術(shù)在最近幾年發(fā)展很快，取得了不少成果。另一個(gè)問題是和現(xiàn)在無線無線通信系統(tǒng)的兼容問題。超寬帶信號(hào)用于雷達(dá)有一些固有的優(yōu)勢(shì)，隱身兵器可以有效抵抗工作在某一波段的雷達(dá)探測(cè)，而面對(duì)覆蓋波段很寬的超寬帶雷達(dá)就無能為力了，它很可能被超寬帶雷達(dá)波中的某一頻率的電磁波探測(cè)到。參會(huì)人員坐在會(huì)議室中，能夠利用自己的便攜式電腦組建臨時(shí)的自組織網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前，電腦與各種外設(shè)之間通過錯(cuò)綜復(fù)雜的線路相互連接。利用UWB技術(shù)為這些設(shè)備提供高速無線連接，無須使用電纜即可建立家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)。個(gè)人空間內(nèi)的設(shè)備非常豐富，大體分為三類：電腦及其外圍設(shè)備，例如：個(gè)人PC、移動(dòng)硬盤、打印機(jī)、掃描儀、顯示器等；家用音視頻娛樂設(shè)備，例如：DVD、數(shù)字電視機(jī)、數(shù)控音響等，便攜式終端，例如：筆記本電腦、手機(jī)、mp數(shù)碼相機(jī)等。超寬帶采用基帶脈沖方式時(shí)，具有較強(qiáng)的透視功能，可以穿透數(shù)層墻壁進(jìn)行通信、成像或定位。FCC將在今后繼續(xù)研討UWB的完善技術(shù)，隨著探討的深入，經(jīng)過更充分的測(cè)試和研究，有可能有條件地逐步放寬超寬帶設(shè)備應(yīng)用的限制，從而會(huì)有更新的應(yīng)用出現(xiàn)。 通信與測(cè)量系統(tǒng)：如的、家電設(shè)備及便捷終端之間的無線數(shù)據(jù)通信等。 但FCC對(duì)可利用的帶寬和發(fā)射功率附加了若干限制。 （2）傳統(tǒng)無線系統(tǒng)對(duì)UWB的系統(tǒng)的干擾 包括分布在其工作頻譜上的各種相對(duì)窄帶的無線系統(tǒng)的干擾。但是早期的無線通信不能充分利用超寬帶信號(hào)的能量，頻率利用率極低。因此，采用數(shù)據(jù)輔助的信道估計(jì)方法最為適合突發(fā)式的包傳遞模式，僅需插入少量訓(xùn)練符號(hào)即可快速估計(jì)信道信息，匹配判決反饋可以進(jìn)一步提高估計(jì)精度。UWB信道是典型的頻率選擇性衰落信道，在時(shí)域表現(xiàn)為多徑彌散且呈現(xiàn)出多徑成簇的現(xiàn)象。 信道估計(jì)技術(shù) 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，若采用非相干檢測(cè)可以簡(jiǎn)化接收機(jī)復(fù)雜度，不需要進(jìn)行復(fù)雜的信道估計(jì)。數(shù)據(jù)輔助的同步方法借助于事先設(shè)計(jì)的導(dǎo)符號(hào)訓(xùn)練序列進(jìn)行定時(shí)捕獲和跟蹤（采用的訓(xùn)練序列有M序列、巴克碼等），綜合判決反饋的方法可以進(jìn)一步提高跟蹤精度，這一類同步方法的優(yōu)點(diǎn)在于捕獲速度較快、跟蹤精度高，但在系統(tǒng)帶寬效率和功率效率上付出較大的代價(jià)。一般定時(shí)同步分為捕獲和跟蹤兩個(gè)階段。而非相干合并策略不需要對(duì)多徑的相位進(jìn)行估計(jì)，但可以對(duì)幅度進(jìn)行估計(jì)并進(jìn)行補(bǔ)償，它主要包括絕對(duì)值合并和能量估計(jì)絕對(duì)值合并。 為了進(jìn)一步降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，另一種對(duì)部分多徑能量進(jìn)行的方法稱為部分RAKE接收機(jī)，它沒有選擇過程，而是直接合并最先到達(dá)的L個(gè)路徑。一方面接收機(jī)應(yīng)當(dāng)盡可能多的收集大部分的多徑能量，另一方面又需要保證接收機(jī)的復(fù)雜度不太高。另外，在實(shí)際信道環(huán)境中，當(dāng)超寬帶脈沖波形時(shí)域持續(xù)時(shí)間較寬時(shí)，脈沖自身多徑之間并不是完全能夠分離的，其中一部分多徑會(huì)疊加在一起，這些不可分離的多徑無法有效地通過RAKE接收方式進(jìn)行收集。 多徑分集接收策略 在RAKE接收機(jī)中，理想的情況是將所有的多徑分別進(jìn)行接收，這樣的接收機(jī)叫做完全RAKE接收機(jī)(ARAKE)。RAKE接收機(jī)的原理框圖如圖41所示。 RAKE接收機(jī)的原理: 超寬帶信號(hào)傳播過程中，會(huì)產(chǎn)生大量可分辨的多徑，這些多徑分量中包含著發(fā)射信號(hào)的有用信息。因此，UWB的研究與開發(fā)需要解決如下關(guān)鍵技術(shù)：接收機(jī)技術(shù)、同步技術(shù)、信道估計(jì)。相對(duì)而言，TH對(duì)于遠(yuǎn)近效應(yīng)的敏感程度沒有DS高。幀周期以及對(duì)應(yīng)PPM調(diào)制的時(shí)隙示意圖如圖37所示。為了方便分析，假設(shè)接收機(jī)與發(fā)信機(jī)傳輸?shù)男盘?hào)建立同步，DSCDMA接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖36所示： 圖36 DSCDMA 接收機(jī)結(jié)構(gòu)圖 PCTH超寬帶多址技術(shù) 偽混沌跳時(shí)方式PCTH調(diào)制的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生非周期的混沌編碼，用它替代THPPM中的偽隨機(jī)序列和調(diào)制數(shù)據(jù)，控制短脈沖的發(fā)送時(shí)刻，使信號(hào)的頻譜發(fā)生變化，PCTH不僅能減少對(duì)現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)的影響，而且不易被檢測(cè)到。因此，DSCDMA系統(tǒng)具有抗窄帶干擾、抗多徑衰落和保密性好的優(yōu)點(diǎn)。THPPM接收機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如圖35所示。跳時(shí)碼的另一功能體現(xiàn)在將間隔為的譜密度變?yōu)殚g隔為的線譜密度，從而降低了功率譜密度。由式中看出，k用戶發(fā)送的信號(hào)是由偏移到特定時(shí)刻的單周期脈沖序列組成，其中第j個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的時(shí)刻為： 脈沖序列 由間隔的單周期脈沖組成，為幀周期或脈沖重復(fù)時(shí)間，典型的值約為單周期脈沖寬度的幾百倍或幾千倍。 多址接入技術(shù)是超寬帶通信系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。 超寬帶系統(tǒng)多址技術(shù) 超寬帶無線通信技術(shù)的發(fā)展，很大程度上依賴于高效的多址技術(shù)的發(fā)展。 當(dāng)采用多脈沖調(diào)制時(shí)，把傳輸相同信息的多個(gè)脈沖稱為一組脈沖，那么，多脈沖調(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；第二部為每組脈沖作為整體被調(diào)制。 根據(jù)的不同取值，可將PAM調(diào)制方式分為以下幾種： （1）00K（開關(guān)鍵控） 發(fā)送數(shù)據(jù)為1時(shí)，UWB信號(hào)的幅度為：=1， 發(fā)送數(shù)據(jù)為0時(shí)，UWB信號(hào)的幅度為：=0。對(duì)于數(shù)字信號(hào)“1”，驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)較大幅度的超寬帶脈沖；對(duì)于數(shù)字信號(hào)“0”，則產(chǎn)生一個(gè)較小幅度的超寬帶脈沖，而發(fā)射脈沖的時(shí)間間隔