【正文】 一個難點。 3. 可以靈活地使用頻帶資源 ? OFDM系統(tǒng)可以在各個子載波間進(jìn)行靈活的傳輸速率和功率分配，從而可以更好的利用信道資源。 ? 所以盡管還是頻分復(fù)用，但比起過去的 FDM已經(jīng)有了相當(dāng)大的技術(shù)突破，不再是通過很多帶通濾波器來實現(xiàn)，而是直接在基帶處理。 （ 1/Tb 是兩個載波正交的最小間隔） 若載波的單元信號為： 則有： 可以看出子載波是相互正交的。而且當(dāng)子信道數(shù)量很大的時候，設(shè)置大量用于分離各子信道信號的濾波器幾乎是不可能實現(xiàn)的。 ?這種技術(shù)簡單、直接，但不同載波之間要留有頻帶間隔，所以頻譜利用率很低。 MBUWB ? MBUWB是使用正交頻分復(fù)用 OFDM技術(shù)形成528MHz帶寬的信號，滿足 FCC的絕對帶寬大于500MHz的條件，也屬于超寬帶技術(shù)，但完全不同于前述的 IRUWB、 DSUWB。 ? DSUWB雖然使用了載波進(jìn)行頻移，仍然看成是脈沖方式的超寬帶系統(tǒng)，因為它是通過窄脈沖來獲得超寬的頻帶。 不同的用戶 ， 偽隨機(jī)序列不同 ， 用以區(qū)分用戶 。 ? 與一般的 DSCDMA擴(kuò)頻通信系統(tǒng)相比， DSCDMA UWB通信系統(tǒng)占用頻段較寬 DSCDMA ? Original design from: ? Communications Research Lab (CRL) ? ParthusCeva ? Xtreme Spectrum ? Baseband pulse shaping ? Each symbol is a series of wavelet pulses DSCDMA Spectra DSCDMA ? Baseband modulation ?MBOK = Mary Binary Orthogonal Keying（ M—雙正交鍵控） ?1, 2, 3 bits/symbol using 2, 4, 8 BOK ?6 bits/symbol using 64BOK ?CDMA via low cross correlation ternary codes（三進(jìn)制代碼） ?Data rates derived by different length spreading codes: 1 – 24 pulses DSCDMA Low Band Modes 星座 ,構(gòu)象 900相位差 DSCDMA High Band Modes ?在 DSCDMA UWB系統(tǒng)的接收機(jī)中，一般采用Rake接收和判決反饋均衡（ DFE）等技術(shù)以提高系統(tǒng)性能。 ? IRUWB信號有穿透性。 當(dāng)系統(tǒng)采用了 重復(fù)編碼 時，每個比特具有多個脈沖，接收機(jī)將 sN個脈沖形成的信號看作一個單獨的多脈沖信號，相應(yīng)的相關(guān)掩模是脈沖串，而不是單個脈沖。 跳時擴(kuò)頻模塊使用的擴(kuò)頻碼是偽隨機(jī)碼，使脈沖出現(xiàn)時刻隨機(jī)化。 ? 跳頻根據(jù)時間長短可以分為快跳和慢跳。 BPSK直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)： 信道編碼 PN碼 載波 數(shù)據(jù) 輸出 采用模 2加法 信道編碼 PN碼 載波 數(shù)據(jù) 輸出 采用乘法 信息比特 101 擴(kuò)頻碼 010 傳送比特（模 2加） 101010101 如果采用脈沖調(diào)制，就是一連串的脈沖發(fā)送出去，正極性脈沖代表 0，負(fù)極性脈沖代表 1。 ? 對于超寬帶還要考察調(diào)制信號的功率譜密度是否容易滿足 FCC的輻射限制。 , 1 , 2 1 , 1 , 2 2( ) ( 1 ) (2 1 ) ( ) ( 1 2 ) ( )i i i iS t a a C t a a C t? ? ? ? ?? ?,1 , 2, 0 ,1iiaa ? 1()Ct 2()Ct、 分別為正交脈沖串 Input data: L=4 Codes L=2 Codes 00 01 10 11 1,0,0,0 0,0,1,0 1,0,0,0 0,0,1,0 1, 0 0, 1 1, 0 0, 1 ,2 ,1iiaa1()Ct?2()Ct1()Ct2()Ct?4BOK： 不同組的正交脈沖串可以對應(yīng)不同的用戶 (多址 ) 發(fā)射參考調(diào)制 ?每次發(fā)兩個脈沖，一個參考脈沖，一個信號脈沖，根據(jù)信號脈沖相對參考脈沖的差異確定信號是 0還是 1。 PPM調(diào)制的缺點： 符號間干擾（ ISI）比較嚴(yán)重 系統(tǒng)在 AWGN信道下的誤碼率性能不是最好的 PPM的實現(xiàn)比較復(fù)雜 脈沖間隔調(diào)制（ DPIM） ? 脈沖間隔調(diào)制（ DPIM）和 PPM類似，都是通過改變脈沖在時間上的位置來傳輸信息的。 ? 基本的數(shù)據(jù)信息調(diào)制方式： ? 脈沖幅度調(diào)制（ PAM, Pulse Amplitude Modulation） ? 開關(guān)鍵控（ OOK， On Off Keying） ? 二進(jìn)制相位調(diào)制（ Biphase Modelation） ? 脈沖位置調(diào)制（ PPM， Pulse Position Modulation） ? 數(shù)字脈沖間隔調(diào)制（ DPIM， Digtal Pulse Interval Modulation） ? 脈沖波形調(diào)制（ PSM， Pulse Shape Modulation） ? 多維雙正交鍵控（ MBOK， Multiple BiOrthogonal keying） 脈沖幅度調(diào)制（ PAM） 信息調(diào)制在脈沖幅度上。該項目對超寬帶 (UWB)無線通信的新技術(shù)及其電磁兼容進(jìn)行了廣泛深入的研究，在超寬帶無線通信系統(tǒng)的脈沖形成、調(diào)制解調(diào)、多址接入、同步技術(shù)以及電磁兼容等方面，取得了一系列具有創(chuàng)新性的研究成果。 ? 2022年 10月，美國飛思卡爾半導(dǎo)體（ Freescale Semiconductor， Inc.）和 Open Interface（北美）公司日前試制出了通過在物理層使用 UWB，將最大數(shù)據(jù)傳輸速度提高至 100Mbit/秒的藍(lán)牙系統(tǒng)。沖激無線電（ IR）的基本專利大部分被幾家小公司所占有。穿墻雷達(dá)可以用在戰(zhàn)場上和警察的防暴行動中，定位墻后和角落的敵人。而 UWB信號采用極窄脈沖信號，能量非常集中，瞬時功率很高，在密集多徑環(huán)境中各徑信號重疊抵消的幾率很低，具有很好的分集效果。 ? 高的數(shù)據(jù)傳輸速度。 FCC對超寬帶設(shè)備的功率輻射限制 ? FCC對超寬帶設(shè)備的功率輻射限制以 EIRP（ Effective Isotropic Radiated Power）指標(biāo)給出。 ? 美國國防部在 1989 年首次使用了“超帶寬”這一術(shù)語表示脈沖無線電。超寬帶無線電基礎(chǔ) 武漢理工大學(xué)信息工程學(xué)院 胡君萍 章節(jié)安排 ?第一章 概述 ?第二章 超寬帶實現(xiàn)技術(shù) ?第三章超寬帶系統(tǒng)與其它通信系統(tǒng)的共存性探討 ?第四章 超寬帶脈沖波形研究 ?超寬帶信道模型 ?超寬帶天線 ?認(rèn)知超寬帶 第一章 概述 ?超寬帶無線電發(fā)展歷史 ?超寬帶定義 ?超寬帶技術(shù)的特點 ?超寬帶研究現(xiàn)狀 超寬帶無線電發(fā)展歷史 ?超寬帶（ Ultra WideBand，簡寫為 UWB）是利用超寬頻帶的電波進(jìn)行高速無線通信的技術(shù)。 ? 隨著 2022年美國聯(lián)邦通信委員會 FCC開放超寬帶技術(shù)的民用，超寬帶技術(shù)受到重視，大批機(jī)構(gòu)涌入研究，出現(xiàn)了新的超寬帶實現(xiàn)技術(shù)，比如直接序列擴(kuò)頻、多帶正交頻分復(fù)用，超寬帶技術(shù)的定義也隨之進(jìn)行了調(diào)整。所謂 EIRP，即有效全向輻射功率，是一個天線的輸入功率與某個指定方向天線增益的乘積相對全向天線的值。 —— UWB的傳輸速率可達(dá)幾十 Mbps～幾 Gbps ? 其單位區(qū)域內(nèi)通信容量高，可超過每平方米 1000Kbps。 ? UWB在無線個域網(wǎng)中的應(yīng)用 ? 目前超寬帶比較熱門的應(yīng)用是無線個域網(wǎng) WPAN，通過 UWB將 PC機(jī)與其周邊設(shè)備、移動設(shè)備與固定設(shè)備之間建立高速無線連接 。地面穿透雷達(dá)可以用來探測礦產(chǎn)，在地震或其他災(zāi)難后搜尋幸存者。后來由于許多大的通信和 IT廠商的加入，物理層標(biāo)準(zhǔn)逐漸分化為兩大陣營，即多頻帶正交頻分復(fù)用（ MBOFDM）和直接序列超寬帶（ DSUWB），這兩大陣營的背后分別是多頻帶正交頻分復(fù)用聯(lián)盟（ MBOA，現(xiàn)合并到WiMedia聯(lián)盟）和超寬帶論壇（ UWB Forum）兩大產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。其目的是實現(xiàn)計劃 2022年完成標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的下一代藍(lán)牙規(guī)格“ Bluetooth Version ”。 ? 2022年 4月 27日，由中國科大和清華大學(xué)共同承擔(dān)的國家 863計劃重大項目 “ 基于脈沖體制的超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)研究與系統(tǒng)演示 ” 順利通過 863計劃通信技術(shù)主題專家組的驗收。 ? ? ()kfks t a p t k T?? ? ????當(dāng)調(diào)制信息為 ia 0 ,1, 2 ,i ?， ，調(diào)制信號為： fT()pt其中， 是基本的脈沖信號； 是脈沖周期。但是 DPIM和 PPM又是不同的， PPM改變的是脈沖在一個周期里的絕對位置來調(diào)制信息的，而 DPIM是通過改變相鄰脈沖之間的間隔來調(diào)制信息的，也即脈沖周期在 DPIM中是變化的。 ?發(fā)射參考調(diào)制的優(yōu)點是能夠使接收機(jī)省去信道估計，其誤碼率理論上可以和 BPM的一樣低，但在多徑環(huán)境下，參考脈沖和數(shù)據(jù)脈沖同時受到干擾，會使判決準(zhǔn)確率嚴(yán)重降低 數(shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)討論 ? 現(xiàn)有的脈沖調(diào)制技術(shù)不止這些。所使用的調(diào)制技術(shù)應(yīng)盡量消除離散譜。 假設(shè)采用 3比特的碼片，在擴(kuò)頻通信中，每個信息比特與碼片模 2加（或相乘），然后傳送出去。當(dāng)跳頻速率大于消息速率時稱為快跳；反之，稱為慢跳。不過，擴(kuò)頻碼是周期使用的，不會完全隨機(jī)化，但它將離散譜的能量分散到擴(kuò)頻周期的每個脈沖上，可以有效降低離散譜線。 計算可得，在相同信道條件下，重復(fù)編碼時判決誤碼率是非重復(fù)編碼時的 1sN計算過程參考 《 超寬帶無線電基礎(chǔ) 》 。 IRUWB信號頻譜寬，含有低頻成分，低頻成分具有穿透性。 ? DSCDMA方案中，可以通過使用不同的偽隨機(jī)（ PN）碼集合劃分不同的微微網(wǎng)（ Pico）。 ? 調(diào)制映射模塊實現(xiàn)信息的調(diào)制。 2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V]DSSS BPM系統(tǒng)發(fā)射的信號 2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V]2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .60 .40 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V] 2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .60 .40 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V] 2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .60 .40 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V]上圖中的信號經(jīng)過頻移 DSUWB信號 2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .60 .40 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V]2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V]2 1 .5 1 0 .5 0 0 .5 1 1 .5 2x 1 090 .200 .20 .40 .60 .81Time domainTime [s]Amplitude [V]t t 0 0 DSUWB特點 ? DSUWB仍然可以看作是脈沖方式的超寬帶，具有脈沖方式超寬帶的低功耗、實現(xiàn)簡單（相對 MBUWB而言）、傳輸速度高、抗多徑干擾能力強(qiáng)等一系列優(yōu)點。 OFDM技術(shù) OFDM (Orthogonal Frequency Division Multipl