【正文】 在此次論文的完成過程中，自始至終受到柏宋老師的支持和幫助，從論文的選題到論文的成稿，無一不凝聚著柏老師的心血和關(guān)懷。所以，UWB處于獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷的地位。據(jù)聯(lián)合商業(yè)情報(bào)公司在《關(guān)于UWB的預(yù)測和潛在市場應(yīng)用的報(bào)告》指出，2007年全球配備UWB的電子設(shè)備和芯片的生產(chǎn)量將達(dá)到4510萬套。舉例來說，你儲(chǔ)存的視頻數(shù)據(jù)可以在PC、DVD、TV、PDA等設(shè)備上共享觀看，可以自由地同Internet交互信息，你可以遙控你的PC，讓它控制你的信息家電，讓它們有條不紊地工作，你也可以通過Internet聯(lián)機(jī)，用無線手柄結(jié)合音、像設(shè)備營造出逼真的虛擬游戲空間。在建筑物內(nèi)部，由于墻壁和障礙物對信號的衰減作用，系統(tǒng)通信距離被限制在約100m以內(nèi)?？偟恼f來，UWB的用途很多，主要分為軍用和民用兩個(gè)方面。就是說，對于10m以內(nèi)的距離，,UWB可以發(fā)揮出高達(dá)數(shù)百bit/s的傳輸性能，（HomeRF）的性能將強(qiáng)于UWB,但UWB更多是應(yīng)用于10m左右距離的室內(nèi)。FHMA通常與多帶脈沖調(diào)制或OFDM相結(jié)合，調(diào)制方式采用BPSK或正交移相鍵控(QPSK)。(2)直擴(kuò)碼分多址直擴(kuò)碼分多址(DSCDMA)是IS95和3G移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)中廣泛采用的多址方式，這種多址方式同樣可以應(yīng)用于UWB系統(tǒng)。 UWB多址技術(shù)(1)跳時(shí)多址跳時(shí)多址(THMA)是最早應(yīng)用于UWB通信系統(tǒng)的多址技術(shù)，它可以方便地與PPM調(diào)制、BPSK調(diào)制相結(jié)合形成跳時(shí)脈位調(diào)制(THPPM)、跳時(shí)二進(jìn)制相移鍵控系統(tǒng)方案。在符號速率相同的情況下，其功率效率和可靠性高于MPAM。UWB系統(tǒng)常用的PAM有兩種方式，開關(guān)鍵控(OOK)和二進(jìn)制相移鍵控(BPSK)。接收機(jī)利用相關(guān)器在相應(yīng)位置進(jìn)行相干檢測。多址技術(shù)包括：跳時(shí)多址、跳頻多址、直擴(kuò)碼分多址、波分多址等。這類脈沖波形是由Hermite多項(xiàng)式導(dǎo)出的。此時(shí)，超寬帶信號設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為低通脈沖設(shè)計(jì)，通過載波調(diào)制可以將信號頻譜在頻率軸上靈活地搬移。近年來，出現(xiàn)了許多行之有效的方法，如基于載波調(diào)制的成形技術(shù)、Hermit正交脈沖成形、橢圓球面波(PSWF)正交脈沖成形等。收發(fā)信機(jī)不需要復(fù)雜的載頻調(diào)制/解調(diào)電路和濾波器。極高的多徑分辨能力賦予UWB信號高精度的測距、定位能力。根據(jù)仙農(nóng)公式，信道容量可以表示成距離的函數(shù)： ()另外,超寬帶信號具有極其豐富的頻率成分。在UWB系統(tǒng)中，信號帶寬B高達(dá)500MHz~。2002年2月，F(xiàn)CC批準(zhǔn)UWB技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域，并對UWB進(jìn)行了重新定義，規(guī)定UWB信號為相對帶寬大于20%或10dB帶寬大于500MHz的無線電信號。 超寬帶技術(shù)(UWB) UWB簡介超寬帶(UWB)有著悠久的發(fā)展歷史，但在1989年之前，超寬帶這一術(shù)語并不常用，在信號的帶寬和頻譜結(jié)構(gòu)方面也沒有明確的規(guī)定。無信標(biāo)模式就是標(biāo)準(zhǔn)的ALOHACSMACA 的信道接入機(jī)制，終端節(jié)點(diǎn)只在有數(shù)據(jù)要收發(fā)的時(shí)候才和網(wǎng)絡(luò)會(huì)話，其余時(shí)間都處于休眠模式，這樣平均功耗就非常低。ZigBee、藍(lán)牙和WLAN()，相互間的干擾是不可避免的，因此保證可靠性尤為重要。在其基礎(chǔ)之上，ZigBee 聯(lián)盟制定了數(shù)據(jù)鏈路層（DLL）、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)和應(yīng)用編程接口(API)規(guī)范，并負(fù)責(zé)高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面的工作。使用這種技術(shù)能降低語音數(shù)據(jù)成本。他還具有移動(dòng)通信所需的體積小、功耗低、連接方便、簡單易用的特點(diǎn)。 小結(jié)，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入，業(yè)務(wù)主要限于數(shù)據(jù)訪問，速率最高只能達(dá)到2Mbit/s。,但速率較低（最高11Mbps）；（最高54Mbps）且受干擾少，但價(jià)格相對較高。我們應(yīng)該即要看到藍(lán)牙的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)，也要看到藍(lán)牙的問題和不成熟度。第一類最大輸出功率為100mW、最大距離約為100米。由于采用了時(shí)分雙工，可以防止收發(fā)信機(jī)之間的串?dāng)_。（5）數(shù)字相機(jī)中圖像的無線傳輸。“藍(lán)芽”技術(shù)使一部移動(dòng)電話手機(jī)能在多種場合內(nèi)使用：在辦公室里，這部手機(jī)是內(nèi)部電話，不計(jì)電話費(fèi)；在家里，是無繩電話，計(jì)固定電話費(fèi)；出門在外，是一部移動(dòng)電話，按移動(dòng)電話的話費(fèi)訂費(fèi)。此外除了以上3種多址方式外，還有空分多址(SDMA)技術(shù)，一般空分多址需要與其他多址方式結(jié)合。 多址技術(shù)在無線通信系統(tǒng)中，是以信道來區(qū)分通信對象的。擴(kuò)頻解調(diào)實(shí)現(xiàn)方式與擴(kuò)頻調(diào)制類似，將擴(kuò)頻序列從接收信號中去除，它的輸出為解擴(kuò)后的窄帶信號。分集的接收合并方式主要有3種：選擇性合并、最大比合并和等增益合并。大部分模擬無線通信系統(tǒng)采用FM方式。它是一種高速、低成本和低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，并且有望在無線通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。不過，隨著我國加入WTO進(jìn)程加快，各種各樣的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛接踵而至，許多組織機(jī)構(gòu)和公司已經(jīng)將短距離無線通信技術(shù)納入了今后的研究視野。無處不在的網(wǎng)絡(luò)終端，個(gè)性化、智能化的移動(dòng)計(jì)算，以及方便、快捷的無線接入、無線互聯(lián)等新概念和新產(chǎn)品，已經(jīng)逐漸地融入人們的工作領(lǐng)域和正常生活中?，F(xiàn)有的GSM、NCDMA等技術(shù)正紅紅火火地發(fā)展，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)也已經(jīng)提上了議事日程，并將很快投入商用。本文主要研究幾種常見的短距離無線通信數(shù)據(jù)傳輸方法，對目前使用較廣泛的藍(lán)牙、UWB、HomeRF、ZigBee和紅外傳輸技術(shù)分別進(jìn)行了闡述，分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)方法，比較了它們在技術(shù)上的異同點(diǎn)，討論了在選擇、使用這些技術(shù)時(shí)應(yīng)注意的問題。短距離無線通信技術(shù)的范圍很廣，只要通信收發(fā)雙方通過無線電波傳輸信息，并且傳輸距離限制在較短的范圍內(nèi)，通常是幾十米以內(nèi)，就可以稱為短距離無線通信。相關(guān)有代表性的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有IrDA、Bluetooth(藍(lán)牙)、HomeRF、ZigBee、UWB超寬帶等。它對人類的作用是非常重大的，它是科學(xué)家們努力汗水的結(jié)晶。調(diào)制是通過改變高頻載波的幅度、相位或者頻率，使其隨著基帶信號幅度的變化而變化來實(shí)現(xiàn)的?；竞鸵苿?dòng)臺(tái)的接受機(jī)都可以應(yīng)用分集技術(shù)。接收端采用同樣的擴(kuò)頻碼進(jìn)行相關(guān)處理及解調(diào)，恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信號。目前應(yīng)用最多的擴(kuò)頻方式有兩類：(1)直接擴(kuò)頻方式碼分多址(DS/CDMA)，直接用擴(kuò)頻碼作為地址碼調(diào)制信號，調(diào)制方式通常用PSK。當(dāng)以傳輸信號存在的時(shí)間不同來區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為時(shí)分多址方式(TDMA)。它采用全世界統(tǒng)一的開放性規(guī)范，使不同廠家的移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)、信息家電互聯(lián)互通成為可能。（4）房門公文包。（2）工作方式采用時(shí)分雙工跳頻方式，信道分成若干個(gè)長為625微秒的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙交替進(jìn)行發(fā)射和接收實(shí)現(xiàn)時(shí)分雙工。（4）基帶協(xié)議藍(lán)牙基帶協(xié)議包含電路交換和分組交換支持電路交換方式和分組交換方式，支持以下三種通信信道：同步話音同時(shí)傳送信道：可提供三路64kbit/s話音信道同時(shí)傳送。各類家電信息產(chǎn)品只需多花幾美元就能連接成網(wǎng)，嵌入的藍(lán)牙模塊成本不高，甚至希望能低于電纜和連接頭。但是隨著用戶不斷增長的對數(shù)據(jù)速率的要求，CCK調(diào)制方式就不再是一種合適的方法了。： WLAN標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)頻帶(GHz)最大物理層數(shù)據(jù)速率(Mbit/s)第三層數(shù)據(jù)速率(Mbit/s)傳輸技術(shù)與所列標(biāo)準(zhǔn)兼容性主要優(yōu)點(diǎn)主要缺點(diǎn)2FHSS/DSSS無較大的輻射范圍有限的比特率5432OFDM無在非擁擠頻段有較高的比特率，輻射范圍最小116~7DSSS應(yīng)用廣泛，較大的輻射范圍對許多現(xiàn)在的應(yīng)用需求來說，比特率太低5432OFDM共存WLAN數(shù)目小， （154Mbit/s），采用微蜂窩，微微蜂窩結(jié)構(gòu)的自主管理的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)。目前他的軟硬件技術(shù)都很成熟，在小型移動(dòng)設(shè)備，如PDA、手機(jī)上廣泛使用。IrDA目前的研究方向是如何解決視距傳輸問題及提高數(shù)據(jù)傳輸率。 ZigBee技術(shù) ZigBee技術(shù)簡介ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動(dòng)控制、傳感、監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備中，同時(shí)支持地理定位功能。RFD的價(jià)格要比FFD 便宜得多，其占用系統(tǒng)資源僅約為4Kb，因此網(wǎng)絡(luò)的整體成本比較低。（3）功耗低功耗是ZigBee的一個(gè)重要特征。因?yàn)榍罢叩慕K端節(jié)點(diǎn)不充當(dāng)路由器的功能，只收發(fā)自己的數(shù)據(jù)，這樣可以節(jié)省更多功率?？梢?UWB是指具有很高帶寬比(射頻帶寬與其中心頻率之比)的無線電技術(shù)。 FCC對室內(nèi)UWB系統(tǒng)的輻射限制自2002年至今，新技術(shù)和系統(tǒng)方案不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了基于載波的多帶脈沖無線電超寬帶(IRUWB)系統(tǒng)、基于直擴(kuò)碼分多址(DSCDMA)的UWB系統(tǒng)、基于多帶正交頻分復(fù)用(OFDM)的UWB系統(tǒng)等。(2)適合短距離通信按照FCC規(guī)定，UWB系統(tǒng)的可輻射功率非常有限，~，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)。同時(shí)，極低的輻射譜密度使UWB信號具有很強(qiáng)的隱蔽性，很難被截獲，這對提高通信保密性非常有利。這將對接收機(jī)設(shè)計(jì)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。對于UWB通信系統(tǒng)，成形信號g(t)的帶寬必須大于500MHz，～。按照FCC對UWB的新定義，必須采用4階以上的亞納秒脈沖方能滿足輻射譜要求。10dB帶寬為525MHz。 UWB調(diào)制與多址技術(shù)調(diào)制方式是指信號以何種方式承載信息,它不但決定著通信系統(tǒng)的有效性和可靠性,同時(shí)也影響信號的頻譜結(jié)構(gòu)、接收機(jī)復(fù)雜度。根據(jù)相鄰脈位之間距離與脈沖寬度之間關(guān)系，又可分為部分重疊的PPM和正交PPM(OPPM)。如果不對這些譜線進(jìn)行抑制，將很難滿足FCC對輻射譜的要求。在接收端，利用M個(gè)并行的相關(guān)器進(jìn)行信號接收，利用最大似然檢測完成數(shù)據(jù)恢復(fù)。原理上講，10dB帶寬大于500MHz的任何信號形式均可稱作UWB。將跳時(shí)技術(shù)與PPM結(jié)合可以有效地抑制PPM信號中的離散譜線，達(dá)到平滑信號頻譜的作用。若用戶跳頻碼之間無沖突或沖突概率極小，則多用戶信號之間在頻域正交，可以很好地消除用戶間干擾。且UWB具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、發(fā)射功率小等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景，在室內(nèi)通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)等場合都能得到充分應(yīng)用。 UWB的應(yīng)用概述 UWB技術(shù)多年來一直是美國軍方使用的作戰(zhàn)技術(shù)之一，但由于UWB具有