【正文】 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、抗多徑干擾能力強等一系列優(yōu)點。 ? 傳統(tǒng)的直接序列擴頻通信 DSSS的脈沖寬度就等于脈沖間隔，而DSUWB的脈沖寬度遠遠小于脈沖間隔，所以可以獲得超寬的頻帶。該模塊的輸入應(yīng)該是雙極性的單位沖激脈沖，輸出就是雙極性的根號升余弦脈沖 DSUWB與其它直擴系統(tǒng)的比較 ? DSUWB與 DSSS BPM系統(tǒng)相比，不同點是增加了頻移。 ? 擴頻模塊將調(diào)制映射模塊輸出的雙極性數(shù)據(jù)與偽隨機擴頻碼進行模二加或相乘，輸出的仍然是雙極性數(shù)據(jù)。 ? 調(diào)制映射模塊實現(xiàn)信息的調(diào)制。 擾頻 ——使其在每個時段都有足夠多的 “ 1”，以便接收端能夠完成載波 /時鐘 恢復(fù) 擾碼器的作用是在發(fā)送數(shù)據(jù)中加入一個偽隨機序列 ， 破壞傳送數(shù)據(jù)中可能出現(xiàn)的全 全 0或某種信號周期重復(fù)的規(guī)律性 ， 可以減少相鄰信號的串擾和定時信號的誤判 。另外，加進來一個公共的信令方式以容許設(shè)備可以在DSUWB的物理層和 MBUWB的物理層之間交流。 2 DSUWB方案 ?不久， Motorola和 CRL對 DSCDMA做了重新設(shè)計，改進了的 DSCDMA稱為 DSUWB（直接序列超寬帶）。 ? DSCDMA方案中，可以通過使用不同的偽隨機（ PN）碼集合劃分不同的微微網(wǎng)（ Pico）。 UWB信號可以在這兩個頻段之一傳輸，或在這兩個頻段同時傳輸 .兩個頻段之間的部分沒有利用，是為了避免與美國非特許的國家信息基礎(chǔ)設(shè)施 (UNⅡ )頻段和 。（這一點后面詳細討論） DSCDMA/DSUWB 1. DSCDMA方案 ? DSCDMA (直接序列碼分多址 )方式由沖激無線電方案中的直接序列擴頻的脈沖相位調(diào)制方式發(fā)展而來，使用了載波調(diào)制。信號脈沖寬度越窄，定位精度越高 ? IRUWB的缺點是在高速通信時不能滿足 FCC的功率輻射限制。 IRUWB信號頻譜寬，含有低頻成分，低頻成分具有穿透性。因為發(fā)射的是極窄脈沖，從不同路徑到達目的地時，脈沖重合的幾率極小。 ? 現(xiàn)在有提出用 FPGA產(chǎn)生一脈沖再與一延時脈沖相“與”來獲得極窄脈沖，可行性？ IRUWB的特點 ? 寬帶高速、低成本、低功耗 。其中隧道二極管和階躍恢復(fù)二極管所產(chǎn)生的脈沖，上升時間可以達到幾十到幾百皮秒，但其幅度較小，一般為幾百毫伏的量級。 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) 》 。 變量 Z0 選擇 最大值 估計符號 ZM1 ? ?0st??? ?1Mst?? ?sTdt????sTdt????相關(guān)解調(diào)方便用數(shù)字的方式實現(xiàn)。脈沖形狀由該模塊決定。 使用偽隨機碼的跳頻擴頻還提供多址接入能力和提供一定的保密性。不過，擴頻碼是周期使用的，不會完全隨機化，但它將離散譜的能量分散到擴頻周期的每個脈沖上，可以有效降低離散譜線。離散 譜線疊加到連續(xù)譜上，會使 UWB信號的功率譜密度很難滿足 FCC規(guī)定的民用UWB的輻射限制。（研究點：變長度擴頻碼如何實現(xiàn)） IRUWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ? IRUWB中典型的 THSS PPM超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射部分原理如圖所示 d a b 重復(fù)編碼器 發(fā)送編碼器（跳時擴頻） P P M 調(diào)制器 脈沖形成器 s ( t ) j j c jd c T a ???( ) ( )s j c jjs t p t j T c T a ???? ? ?? ? ? ??去掉 重復(fù)編碼器為重復(fù)碼的 ? ?1sN，分組編碼器 ， 使得每位比特信息最后被 重復(fù)調(diào)制發(fā)射了 NS次，這樣接收機容易檢測，最終使設(shè)備可以有效降低脈沖的發(fā)射功率，降低對其它通信系統(tǒng)的干擾。 ?擴頻碼要求隨機性好（互相關(guān)性低）、易于實現(xiàn) ?擴頻碼越長，系統(tǒng)的保密性越好，系統(tǒng)發(fā)射信號的功率譜越像白噪聲，但系統(tǒng)的有效傳輸速率隨之降低。當跳頻速率大于消息速率時稱為快跳；反之，稱為慢跳。 ? 只有匹配的接收機知道擴頻序列，能夠正確接收信號。 ? 頻槽（載波頻率）的選擇由擴頻序列決定。 補充內(nèi)容 關(guān)于跳頻擴頻 ? 將可用的信道帶寬分為大量鄰接的頻槽。 假設(shè)采用 3比特的碼片，在擴頻通信中，每個信息比特與碼片模 2加（或相乘），然后傳送出去。 ?擴頻調(diào)制如果是脈沖調(diào)制，采用脈位調(diào)制 PPM的即是跳時擴頻，采用二相調(diào)制 BPM的即是直接序列擴頻。 信道編碼 擴頻調(diào)制 PN序列 傳輸 數(shù)據(jù) 擴頻數(shù)字通信模型 ?擴頻調(diào)制如果是載波調(diào)制，分為相移鍵控 PSK和頻移鍵控 FSK。 多址調(diào)制 ? IRUWB的多址方式是和擴頻技術(shù)相結(jié)合，多制技術(shù)就是擴頻技術(shù)。所使用的調(diào)制技術(shù)應(yīng)盡量消除離散譜。 ? BPSK是目前的首選。 ? 誤碼率。 ? 調(diào)制技術(shù)的好壞主要考察 ? 調(diào)制效率，符號攜帶的數(shù)據(jù)比特。 ?發(fā)射參考調(diào)制的優(yōu)點是能夠使接收機省去信道估計，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，會使判決準確率嚴重降低 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。 M進制雙正交鍵控（ MBOK，Multiple BiOrthogonal Keying） 使用多個脈沖組成的正交脈沖串來傳輸信息，和 PSM類似，這也是一種正交調(diào)制方式，但不同的是它使用正交脈沖串來調(diào)制數(shù)據(jù)，類似于傳統(tǒng)的時頻調(diào)制。 脈沖波形調(diào)制（ PSM, Pulse Shape Modulation） 脈沖形狀也可以用于超寬帶調(diào)制，一般使用正交的不同脈沖來實現(xiàn)調(diào)制。（ am∈ {0,1,…N 1}） ? 在 NDPIM中，第 m個脈沖與前一脈沖的間隔為 am+1，am為待傳信息。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。 ? ? ()f k pks t p t k T b ??? ? ?? ? ??222211( ) ( ) ( 1 c o s ( 2 ) ) ( ) ( 1 c o s ( ) ) ( )22ppkf f f f fkkkS f P f f P fT T T T T??? ? ??? ? ?? ? ? ? ??0()be EPQ N?既有連續(xù)譜線，又有離散譜線 PPM調(diào)制的優(yōu)點： 信號的正交性容易得到保證，很適合于多址和多進制調(diào)制。它也可以看作是脈沖幅度調(diào)制（ PAM）的一個特例。 當采用二進制 PAM（設(shè)調(diào)制信息為： 12,aa ）時， 在 AWGN信道下的二進制 PAM相干接收的誤碼率性能為： 221220()()2 ( )beaaa a EPQN?????開關(guān)鍵控（ OOK） 當調(diào)制數(shù)據(jù)是 “ 1”的時候，發(fā)送脈沖信號；當調(diào)制信號為 “ 0”的時候，不發(fā)送脈沖。 ? ? ()kfks t a p t k T?? ? ????當調(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。 （ IRUWB 的關(guān)鍵技術(shù)） 脈沖調(diào)制方式從攜帶的信息來看，可以分為數(shù)據(jù)信息調(diào)制和多址調(diào)制。 ? MBUWB ?非脈沖調(diào)制技術(shù)，使用正交頻分復(fù)用技術(shù)，即載波調(diào)制，信號帶寬大于 500MHz。 ? 我國從事超寬帶技術(shù)研究的機構(gòu)還較少，主要是高等院校，在超寬帶理論方面的研究處以跟蹤國外的狀態(tài)，應(yīng)用研究與國外有一定差距。 ? 2022年 4月 27日，由中國科大和清華大學共同承擔的國家 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。 ? 2022年 1月，北京郵電大學主持的 “ 超寬帶無線通信技術(shù)及其電磁兼容的研究 ” 項目已經(jīng)通過教育部科技研究重點項目驗收。 ? 相關(guān)報道： ? 2022年 12月 23日，由國家 863計劃資助，東南大學超寬帶課題組負責的我國第一套高速超寬帶（ UltraWideband， UWB）無線通信實驗系統(tǒng)通過驗收。 ? 在無線通信領(lǐng)域，另一個新興的通信技術(shù)是認知無線電，超寬帶技術(shù)的一個研究方向就是將超寬帶技術(shù)與認知無線電相結(jié)合。其目的是實現(xiàn)計劃 2022年完成標準化作業(yè)的下一代藍牙規(guī)格“ Bluetooth Version ”。 ? 2022年 7月和 2022年 8月基于 DSUWB和基于MBOFDM的 UWB芯片分別得到美國 FCC的認證。 ? 2022年 5月， PulseLink公司公布了自己的 UWB架構(gòu)及芯片，該公司稱其物理層支持 2Gb/s操作，稱為 CWAVE方案。 UWB標準交由市場決定。后來由于許多大的通信和 IT廠商的加入，物理層標準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。 UWB的研究現(xiàn)狀 ? 由于超寬帶顯著的優(yōu)點，超寬帶一經(jīng)在民用領(lǐng)域開放，就有很多的公司、研究機構(gòu)對其進行開發(fā)研究，出現(xiàn)了多種技術(shù)方案，為了使將來的超寬帶產(chǎn)品能夠互聯(lián)互通，必須建立國際上統(tǒng)一的超寬帶標準， UWB制定高速個域網(wǎng)標準。 ? UWB在軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用 ? 由于 UWB具有低截獲率，最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如雷達、戰(zhàn)場上給士兵定位無線傳感網(wǎng)。 ? UWB在智能標識中的應(yīng)用 ? UWB技術(shù)可以被用作一種射頻識別技術(shù)。地面穿透雷達可以用來探測礦產(chǎn)，在地震或其他災(zāi)難后搜尋幸存者。 ? 利用 UWB技術(shù)，我們可以制造穿墻雷達和穿地雷達。例如實現(xiàn)不停車的自動收費，汽車方的隨時定位測量、道路信息和行駛建議的隨時獲取，站臺方對移動汽車的定位搜索和速度測量等等。 PAL： Protocol Adaptation Layer 協(xié)議適應(yīng)層 WiNET:無線以太網(wǎng) WiMedia UWB Radio Platform PAL PAL WiNET PAL IP MAC amp。 ? 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 。天線發(fā)射的正弦電磁波，在自由空間的衰減與距離的平方成正比，在密集多徑環(huán)境中，衰減與距離的 3~4次方成正比。 ? 脈沖無線電超寬帶系統(tǒng)是無載波的通信系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對簡單，實現(xiàn)成本低。 ? 低功耗 ——超寬帶技術(shù)在實現(xiàn)同樣傳輸速率時，功率消耗僅有傳統(tǒng)技術(shù)的 1/10~1/100。 —— UWB的傳輸速率可達幾十 Mbps～幾 Gbps ? 其單位區(qū)域內(nèi)通信容量高，可超過每平方米 1000Kbps。 —— 在嚴重的多徑環(huán)境下，定位精度大約為 C/B， C是光速， B是信號帶寬。 —— 由于功率譜密度非常低，幾乎被湮沒在各種電磁干擾和噪聲中，具有隱蔽性好、低截獲率、保密性好等優(yōu)點。 超寬帶技術(shù)的特點 超寬帶有很大的絕對帶寬，根據(jù)香農(nóng)定理C=Blog2(1＋ S/N) 其中 C是可得到的鏈路速度 ，超寬帶具有以