【正文】 再次對周巍老師表示衷心的感謝。郭謙功老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析問題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。本次畢業(yè)設(shè)計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。作者簽名: 二〇一〇年九月二十日致 謝時間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計（論文）；同意學(xué)校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計（論文）的部分或全部內(nèi)容，允許他人依法合理使用。作者簽名: 二〇一〇年九月二十日本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計（論文）不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。學(xué)位論文作者（本人簽名）： 年 月 日學(xué)位論文出版授權(quán)書本人及導(dǎo)師完全同意《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》、《中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫出版章程》(以下簡稱“章程”)，愿意將本人的學(xué)位論文提交“中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）電子雜志社”在《中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》、《中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》中全文發(fā)表和以電子、網(wǎng)絡(luò)形式公開出版，并同意編入CNKI《中國知識資源總庫》，在《中國博碩士學(xué)位論文評價數(shù)據(jù)庫》中使用和在互聯(lián)網(wǎng)上傳播，同意按“章程”規(guī)定享受相關(guān)權(quán)益。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。(2400MHz) ETSI 300~328：20Mw(MHz信道10Mw/mhZ) 日本：10Mw/mhz0dBm 20dBm美國：30dBm(對于輻射大于20dBm需要功率控制) 歐洲：20dBm 日本：10dBm美國：30dBm(對于輻射大于20 dBm 需要功率控制) 歐洲：20dBmr 日本：10dBm50mW、250mW、1W(取決于所在頻段被使用的信道)美國：50mV/m(3m，1MHz保留頻帶) (47CFR ) 歐洲：100mEIRP (ETS300~328)日本：100mW(ARIBSTDT66)(在整個頻段內(nèi)最大平均 EIRP=) (FCC第一次報告和規(guī)定第15部分，ET提要98153)所需要的接收器靈敏度85dBmPER1%70dBmBER76dBmBER FER= 從76dBm (22Mbit/s)到74dBm (33Mbit/s)BER=從2dBm(6Mbit/s)到65dBm (54Mbit/s) BER=從82dBm(DQ PSK)到68dBm (64QAM)最大物理層功耗BT (BT即藍(lán)牙設(shè)備物理層功耗)BT(約40~100mW)約4BT約4BT約6BT(約2~3BT)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作所取得的成果。UWB技術(shù)正在慢慢地走進(jìn)我們的生活，使我們的生活會更加的快捷、靈活、便利。UWB和其它無線通信設(shè)備的兼容問題需要我們作更多的努力將其完善。[4] 第7章 結(jié) 論超寬帶無線通信技術(shù)UWB直接用脈沖對信號進(jìn)行調(diào)制，具有發(fā)射功率低、處理增益高、多徑分辨能力強、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、穿透能力高、便于多功能一體化、低功耗、抗干擾能力強的優(yōu)點。但是，從世界范圍來講，頻率資源又是全人類共享的有限自然資源。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應(yīng)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)。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謝遠(yuǎn)生認(rèn)為寬帶無線接入前景廣闊。[2]6．4 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。該器件面向期望在各自產(chǎn)品中集成UWB功能的OEM廠商。飛思卡爾的DSUWB產(chǎn)品為全球無線消費類產(chǎn)品、計算機、移動產(chǎn)品、汽車以及企業(yè)應(yīng)用提供新的無線解決方案。該公司是UWB直接序列（DS，DirectSequence）版本的主要支持者，其芯片還在其他產(chǎn)品上得到應(yīng)用，如海爾公司具備UWB功能的高清電視（HDTV）以及三星與Intellon展開的混合無線網(wǎng)絡(luò)。[2]6．3 超寬帶商用產(chǎn)品開發(fā)2005年1月，在美國拉斯維加斯舉行的消費電子展（CES）上，眾多超寬帶（UWB）制造商和開發(fā)商紛紛登臺亮相，展示了他們生產(chǎn)的各種原型機及其產(chǎn)品設(shè)計。這些性能的組合對富媒體（MediaRich）傳輸?shù)膽?yīng)用來說，是一種理想的解決方案。 XS110芯片組包括3個組件：MC370123（超寬帶基帶控制器）、MC270113（超寬帶射頻發(fā)射器）和MC270143（超寬帶媒體介入控制器）。到目前為止，飛思卡爾十唯一一家為無線連接應(yīng)用提供商用化UWB方案的半導(dǎo)體制造商。目前很多公司在進(jìn)行超寬帶芯片的設(shè)計，比較著名的有：飛思卡爾（Freescale）公司、Time Dpmain公司等。這些天線都具有寬帶的電壓駐波比（VSWR）。（3） 抽樣速率提高 由于頻譜向高端搬移，這會影響到接受端的抽樣速率。在有關(guān)文獻(xiàn)中指出，根據(jù)麥克斯韋方程，超寬帶天線對于超寬帶信號有下列影響：（1） 微分作用 如果用一個高斯脈沖激勵超寬帶天線，那么無線將發(fā)射出一個單周期高斯脈沖（高斯信號的一次微分形式）。對于超寬帶信號的不同頻率分量，超寬帶天下的輻射特性是不一樣的。 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。 超寬帶天線的發(fā)展超寬帶技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一是天線設(shè)計。[2]第6章 UWB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)范的制訂，使得超寬帶從技術(shù)和法律上有可能進(jìn)入廣闊的民用消費市場，超寬帶技術(shù)在最近幾年的發(fā)展很快，取得了不少成果。[2]針對單脈沖單頻段超寬帶系統(tǒng)的缺點，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。由于超寬帶系統(tǒng)占據(jù)廣闊的頻率范圍，其中包括蜂窩電話、藍(lán)牙、衛(wèi)星等傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的頻段，為了避免相互干擾，在單脈沖彈頻段超寬帶系統(tǒng)中需要在發(fā)射端增加濾波器，避免超寬帶系統(tǒng)對傳統(tǒng)無線系統(tǒng)的影響；在接收端也需要濾波器來抑制傳統(tǒng)無線系統(tǒng)對超寬帶系統(tǒng)的影響，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。由于商用超寬帶設(shè)備是一個功率受限的系統(tǒng)，這將影響它的覆蓋范圍。事實上，把UWB看作藍(lán)牙技術(shù)的替代者可能更為適合，盡管藍(lán)牙技術(shù)有廉價和能耗低的優(yōu)點，但其速度卻遠(yuǎn)不及UWB技術(shù)，只能達(dá)到500kbit/s～1Mbit／s，另外藍(lán)牙技術(shù)的協(xié)議也較為復(fù)雜。 RF不會進(jìn)行直接競爭，因為UWB更多的是應(yīng)用于10米左右距離的室內(nèi)。UWB技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯，主要的不足是發(fā)射功率過小限制了其傳輸?shù)木嚯x。樹型結(jié)構(gòu)想對比較復(fù)雜，需要考慮數(shù)據(jù)的路由問題，路由算法可以使用Ad hoc網(wǎng)絡(luò)的路由算法。這種方式控制簡單，數(shù)據(jù)的傳輸都需要經(jīng)過中心節(jié)點。如圖55所示是LRWPAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。[4]如圖54所示是一種應(yīng)用LRWPAN的家庭電器控制網(wǎng)絡(luò)：通過中心控制器，各個電器、開關(guān)、通風(fēng)系統(tǒng)和插座可以組網(wǎng)，實現(xiàn)家庭智能控制的功能。低速WPAN的主要應(yīng)用包括家庭自動化、資產(chǎn)跟蹤、工業(yè)控制、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、安全與風(fēng)險控制等。LRWPAN是一種設(shè)計用于低成本、低功耗的短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)。對它們而言，一種簡單、低功耗、小巧的數(shù)據(jù)傳輸方式更合適。[2]表51 [2]參數(shù)值數(shù)據(jù)速率110 Mbit/s、200 Mbit/s、和480 Mbit/s距離10m、4m及以下功耗100mW、250mW功率管理模式節(jié)電模式、休眠等可并存的微網(wǎng)絡(luò)4個抗干擾性能對來自IEEE的系統(tǒng)的干擾應(yīng)當(dāng)穩(wěn)健，長1024的分組的傳輸錯誤率≤8%電磁兼容能力對IEEE的系統(tǒng)的干擾應(yīng)當(dāng)穩(wěn)健，成本類似于藍(lán)牙設(shè)備位置感知位置信息傳輸?shù)胶线m的管理實體靈活性可以適用于不同國家和地區(qū)的頻譜規(guī)定（如美國、歐洲和日本）信號捕獲從引導(dǎo)到數(shù)據(jù)頭的時間（20us）天線實用性大小和形狀要和設(shè)備相一致 UWB技術(shù)在低速無線個域網(wǎng)中的應(yīng)用。確定了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾蕿椋?0m距離內(nèi)速率達(dá)110Mbit/s，4m距離內(nèi)速率達(dá)200 Mbit/s，2m距離內(nèi)速率達(dá)480 Mbit/s。（3） OFDM能夠有效地對抗頻率選擇性干擾可以有效地通過停止使用受到干擾的子載波，或者增加使用相應(yīng)得糾錯編碼來恢復(fù)信息。這種方案具有下面的主要優(yōu)點：（1） 基于OFDM，頻譜效率高，技術(shù)成熟 OFDM已經(jīng)在非對稱用戶線ADSL、歐洲數(shù)組音頻廣播DAB、。[4]圖53 UWB技術(shù)用于會議室[4]，包括物理層的數(shù)據(jù)傳輸建議、信道模型、天線設(shè)計、電磁兼容等方面的建議。參會人員坐在會議室中，能夠利用自己的便攜式電腦組建臨時性的自組織網(wǎng)絡(luò)。這類應(yīng)用一般只需要支持2～4 m的傳輸距離，但速率要求可以從幾萬比特至幾百兆比特每秒。如果采用UWB技術(shù)將它們以無線的方式連接起來，則將改善線路連接情況。[4]圖52 UWB技術(shù)用于家庭環(huán)境[4](2)計算機桌面應(yīng)用在計算機桌面上，匯聚了個人PC/手提電腦及鍵盤、顯示器、揚聲器、打印機、掃描儀、鼠標(biāo)、移動硬盤等一系列外部設(shè)備。各種設(shè)備在小范圍內(nèi)組成自組織式的網(wǎng)絡(luò)，相互傳送多媒體數(shù)據(jù)，并可以通過安裝在家中的寬帶網(wǎng)關(guān)接入英特網(wǎng)。下面給出幾個應(yīng)用實例：[4](1)家庭多媒體應(yīng)用隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，家用電器的范疇不斷擴大，家用電器向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，其中音視頻娛樂設(shè)備最為普及。這些設(shè)備大部分對通信速率和實時性要求很高，當(dāng)前他們之間主要通過通用串行總線(USB)、1394總線等高速總線進(jìn)行連接，通信速率高達(dá)幾十兆比特至幾百兆比特每秒。 [4] UWB技術(shù)在高速無線個域網(wǎng)中的應(yīng)用高速WPAN的主要目標(biāo)是解決個人空間內(nèi)各種辦公設(shè)備及消費類電子產(chǎn)品之間的無線連接，以實現(xiàn)信息的快速交換、處理、存儲等，其應(yīng)用場合包括辦公室、家庭。從網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑區(qū)分，WLAN覆蓋50～100 m的范圍，WPAN覆蓋圍繞個人空間10 m左右的地理范圍?，F(xiàn)代微電子技術(shù)的迅速發(fā)展正使UWB 系統(tǒng)可用較好的性價比來實現(xiàn)。[4] UWB技術(shù)的應(yīng)用UWB 技術(shù)已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用, 如果能夠正確地加以實現(xiàn)該技術(shù),UWB系統(tǒng)可以和傳統(tǒng)的無線系統(tǒng)共享頻譜資源而不會產(chǎn)生有害干擾。其優(yōu)勢在于價格和功耗，主要應(yīng)用于遙控、傳感器等低端產(chǎn)品。 GHz免授權(quán)頻段，采用網(wǎng)格編碼調(diào)制技術(shù)，提供最高55 Mb/s的傳輸速率，可支持高速視頻流、大文件傳輸?shù)葢?yīng)用。[2] 圖51 IEEE 的工作組[2]目前，IEEE關(guān)于WPAN的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可分為兩個層次：高速WPAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE 、IEEE 。（3） 無線個域網(wǎng)（WPAN）IEEE 是一種無線短距離數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，支持個人數(shù)字終端間高速的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。（1） 無線局域網(wǎng)（WLAN）典型的如IEEE ，可以應(yīng)用于家庭、工廠以及一些熱點地區(qū)（例如集會場合、圖書館）。FCC將在今后繼續(xù)探討UWB的完善技術(shù)，隨著探討的深入，經(jīng)過更充分的測試和研究，有可能有條件地逐步放寬對超寬帶設(shè)備應(yīng)用的限制，從而會有更新的應(yīng)用出現(xiàn)。對于這一限制，F(xiàn)CC的解釋是：“UWB還是一項新技術(shù)，現(xiàn)在很多地方還不清楚會發(fā)生什么樣的問題。[2]FCC對這些超寬帶應(yīng)用的有效各向同性發(fā)射功率（EIRP，Effective Isotropic Radiated Power）和頻譜進(jìn)行了嚴(yán)格規(guī)定。（2） 車輛雷達(dá)系統(tǒng)（Vehicle Rader System）:如汽車防沖撞傳感器等。具體而言，對使用UWB時的發(fā)送輸出功率標(biāo)準(zhǔn)值按3個用途分別作出了規(guī)定。在2002年4月，F(xiàn)CC發(fā)布First Report and Order，在2002年8月20日，F(xiàn)CC正式修改了Part15，允許UWB以無許可證的方式使用很寬的一段頻帶。美國國家通信與信息委員會（NTIA）等團(tuán)體對此大約提交了800多份意見書，在美國軍方和航空界等發(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，于2000年6月發(fā)布了修訂PART15規(guī)范的建議，以便為UWB的應(yīng)用鋪平道路。（2） 傳統(tǒng)無線系統(tǒng)對UWB的系統(tǒng)的干擾包括分布在其工作頻譜上的各種相對窄帶的無線系統(tǒng)的干擾。20世紀(jì)90年代以后，為了利用超寬帶傳輸?shù)膬?yōu)點，科學(xué)家在評估了超寬帶可行性的同時，重點研究了其與其他通信系統(tǒng)得共存性問題。但是早期的無線通信不能充分利用超寬帶信號的能量，頻率利用率極低。自1870年，赫茲的放電實驗就是UWB實驗。由于不同用戶間采用的成形脈沖是類似的，所以上述接收機的結(jié)構(gòu)是通用的。為了對第m用戶符號的充分統(tǒng)計量進(jìn)行檢測，將接收信號輸入到匹配濾波器，對濾波后的信號進(jìn)行采用即獲得充分的檢測信息，不需要知道其他用戶的信道狀態(tài)信息。在實際應(yīng)用中，希望有效小的頻譜旁瓣和快的衰落因子，以減少用戶間的干擾。脈沖越窄，系統(tǒng)得頻譜越寬。用表示每個用戶特定的載波頻率，則頻譜成形脈沖設(shè)計為：