【正文】 r(t)具有內(nèi)在的多徑分集。考慮這樣一個(gè)抽頭延遲線模型，其最大附和時(shí)延。一種較為實(shí)用的方法是將實(shí)測(cè)得到的UWB脈沖波形作為相關(guān)器模板。若瑞克接收機(jī)仍然采用理想的脈沖波形作為相關(guān)器模板，系統(tǒng)性能將有很大的損失。UWB脈沖信號(hào)具有天然的多徑分辨能力，因此可以采用瑞克接收技術(shù)對(duì)抗多徑信道引起的時(shí)間彌散。 Rake接收機(jī)UWB系統(tǒng)的典型應(yīng)用環(huán)境為家庭、辦公室等室內(nèi)密集多徑環(huán)境，多徑信道的最大時(shí)延擴(kuò)展達(dá)200 ns以上，可分辨多徑數(shù)量與信號(hào)帶寬成正比，通常高達(dá)幾十至上百條。[2]第3章 UWB接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)超寬帶的信號(hào)傳輸受到大尺度路徑損耗、陰影效應(yīng)、小尺度多徑衰落等因素的影響，因此，到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)波形存在嚴(yán)重的失真；同時(shí)，信號(hào)還可能受到多址干擾、窄帶干擾和背景噪聲的影響。這樣，將減少同頻帶多徑信號(hào)的影響。在SK調(diào)制中，每個(gè)發(fā)送符號(hào)由許多脈沖組成，每個(gè)脈沖用不同頻帶發(fā)送，信息以不同頻率的發(fā)送順序編碼在符號(hào)中。這三種方式中只有BPSK方式的為0 ,故UWB的PAM調(diào)制方式多采用BPSK方式。且0 β2 β1 。 根據(jù)dj 的不同取值,可將PAM調(diào)制方式分為以下幾種:(1)OOK（開(kāi)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 。于是離散譜的存在就會(huì)導(dǎo)致UWB 的總發(fā)射功率下降,所以應(yīng)盡可能減小離散譜,最好使之為零。 由此可見(jiàn),PAM信號(hào)的功率譜密度由連續(xù)譜與離散譜兩部分組成。[2] 脈沖調(diào)制方式 脈沖幅度調(diào)制（PAM）脈幅調(diào)制PAM是UWB信號(hào)的一種典型波形,其模型為: (29)其中, 是信息序列，是脈沖重復(fù)周期。其表達(dá)式為： （27） 其中，T是正弦波的周期，u(t)是階躍信號(hào)，對(duì)于整數(shù)的N，脈沖信號(hào)的傅里葉變換式為： （28）可見(jiàn)，這種信號(hào)的頻譜以正弦波頻率為中心，并且主瓣寬度和正弦波周期數(shù)N成反比，當(dāng)N4的時(shí)候，這種信號(hào)轉(zhuǎn)化為窄帶信號(hào)。如何確定脈沖的寬度，在不同應(yīng)用場(chǎng)合有不同的要求，一般進(jìn)行理論分析時(shí)，%脈沖能量的區(qū)間作為脈沖寬度。高斯脈沖的譜密度函數(shù)如下： （24）它的功率譜密度如下： （25）相應(yīng)的高斯脈沖的各次微分的功率密度的公式如下： （26）如圖21所示為0～3次微分的高斯脈沖的波形和功率譜示意圖。[2]高斯脈沖信號(hào)的表達(dá)如下： （22）其中，是表示形成的參數(shù)，和脈沖寬度有關(guān)。[2] 高斯脈沖信號(hào)最簡(jiǎn)單、最通用的超寬帶波形是單周期（Monocycle）脈沖信號(hào)，只所以稱(chēng)它為單周期脈沖是因?yàn)檫@種波形只有一個(gè)脈沖周期，通常是高斯脈沖或其微分形式。[1]50010000藍(lán)牙2版？831藍(lán)牙1版30？1000超寬帶圖14 各種短距離通信系統(tǒng)得空間容量[1]第2章 UWB波形及調(diào)制技術(shù) 超寬帶波形 UWB信號(hào)模型UWB 系統(tǒng)發(fā)送的是納秒級(jí)脈沖串,脈沖寬度Tm 遠(yuǎn)小于脈沖之間的平均間隔Tf ,兩個(gè)脈沖之間的間隔可以固定也可以時(shí)變。作為對(duì)比，下圖繪出了幾種短距離通信技術(shù)的空間容量?？臻g容量定義為單位面積信號(hào)覆蓋區(qū)域內(nèi)系統(tǒng)的吞吐量。如圖13所示，盡管FCC對(duì)UWB的帶內(nèi)功率和帶外功率作了嚴(yán)格的限制，但是他對(duì)同一個(gè)頻譜和相鄰頻譜的其他設(shè)備的干擾卻是依然存在的。為了便于對(duì)比，體現(xiàn)UWB技術(shù)的綜合優(yōu)勢(shì)，附表列出了目前短距離無(wú)線通信鄰域一些主流標(biāo)準(zhǔn)和UWB技術(shù)的特點(diǎn)。顯然UWB技術(shù)可以在極低的發(fā)射功率下傳輸非常高的數(shù)據(jù)數(shù)率。香農(nóng)容量極限可用公式表示： （14）式中：C=信道容量（bit/s）；BW=信道帶寬；SNR=P/BWN，信噪比；P=所接受的信號(hào)功率；N=噪聲功率譜密度（W/Hz）。如何提高傳輸系統(tǒng)的容量是人們特別關(guān)注的問(wèn)題之一。脈沖越窄，頻譜越寬。顯然，UWB的帶寬要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前各類(lèi)系統(tǒng)的帶寬；第二，UWB技術(shù)主要是采用無(wú)載波方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，而傳統(tǒng)的“窄帶”或“寬帶”系統(tǒng)均采用單頻載波或多頻載波對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即將信號(hào)的基帶頻譜搬移到所工作的載波頻譜上。 （13）式中為高端10dB下降點(diǎn)，為低端10dB下降點(diǎn)。[1])dBm/MHz(輻射功率EIRP 頻率（GHz）室內(nèi)室外圖12 FCC對(duì)UWB通信與測(cè)量系統(tǒng)的限界規(guī)定[1]UWB與“窄帶”或“寬帶”系統(tǒng)有兩點(diǎn)主要區(qū)別：第一,FCC定義的UWB的帶寬大于其中心頻率的20%或至少500MHz的帶寬。如圖12所示為在FCC條例下第15部分所規(guī)定使用的頻譜限界。如圖11所示, UWB與其他技術(shù)的產(chǎn)品存在同頻和鄰頻干擾問(wèn)題。美國(guó)FCC對(duì)于UWB的定義為： （或者總帶寬為500MHz） （12）式中，、分別為功率較峰值功率下降10dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的高端頻率和低端頻率，為載波頻率或中心頻率。[1] ？UWB的核心是沖擊無(wú)線電技術(shù)，即用持續(xù)時(shí)間非常短（亞納秒級(jí)）的脈沖波形來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)傳輸系統(tǒng)的持續(xù)波形。這一條例的頒布直接促進(jìn)了基于UWB技術(shù)的通信系統(tǒng)的研發(fā)，給短距離高速無(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)展注入了新的活力。在美國(guó)，UWB早期的研究工作主要限制在軍方，大約在20世紀(jì)90年代中期以后，才取消了這種分級(jí)限制。1989年，美國(guó)國(guó)防部采用“超寬帶”這一術(shù)語(yǔ)之后，才被業(yè)界沿用下來(lái)。1973年，Sperry獲得了第一個(gè)UWB通信技術(shù)的專(zhuān)利。從此，超寬帶技術(shù)有了快速的發(fā)展。其實(shí)，概念很簡(jiǎn)單，就是使用所謂的沖擊響應(yīng)h(t)沖擊激勵(lì)來(lái)表征一個(gè)線性時(shí)變系統(tǒng)，以取代傳統(tǒng)的頻率響應(yīng)（幅值與相位值相對(duì)于頻率值）方法。第1章 UWB技術(shù)背景 UWB技術(shù)的歷史對(duì)超寬帶（UWB，UltraWideband）無(wú)限技術(shù)（簡(jiǎn)稱(chēng)UWB技術(shù)）的起源眾說(shuō)紛紜，從目前的學(xué)者研究工作來(lái)看大約可以追溯到20世紀(jì)50年代末和60年代初。 隨著因特網(wǎng)、多媒體和無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，人們與信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)密不可分，人們對(duì)實(shí)現(xiàn)高速率、高質(zhì)量無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越迫切，便攜式電子設(shè)備與因特網(wǎng)之間的短距離高速無(wú)線通信已成為未來(lái)通信技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。自此，此項(xiàng)技術(shù)開(kāi)始引起業(yè)界廣泛關(guān)注。（3） 信道估計(jì) 為了保證系統(tǒng)傳輸可靠性和功率效率。UWB接收機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)需要解決如下的關(guān)鍵技術(shù)：（1） 接收機(jī)技術(shù) UWB脈沖信號(hào)具有天然的多徑分辨能力，因此可以采用瑞克接收技術(shù)對(duì)抗多徑信道引起的時(shí)間彌散。需要分配有效信道給多個(gè)用戶以獲得高系統(tǒng)容量，對(duì)于高質(zhì)量的通信，這一點(diǎn)必須做到，并且必須保證不導(dǎo)致系統(tǒng)性能的降低。UWB技術(shù)之所以成為無(wú)線通信領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)之一，是由用戶需求和UWB技術(shù)的性能特點(diǎn)共同決定的。UWB發(fā)出的脈沖電波直接按照0或1發(fā)送出去。在與其它系統(tǒng)共存時(shí)，不僅難產(chǎn)生干擾，而且還有抗其它系統(tǒng)干擾的優(yōu)點(diǎn)。超寬帶無(wú)線通信技術(shù)及主要應(yīng)用畢業(yè)論文目 錄前 言 …………………………………………………………………………………1第1章 UWB技術(shù)背景 …………………………………………………………………………3 UWB 技術(shù)的歷史…………………………………………………………………3 什么是 UWB ………………………………………………………………3 UWB 的空間容量 …………………………………………………………6第2章 UWB 波形及調(diào)制技術(shù) …………………………………………………………7 超寬帶波形 ………………………………………………………………7 脈沖調(diào)制方式 ……………………………………………………………9 多頻帶脈沖調(diào)制…………………………………………………………10第3章 UWB 接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)…………………………………………………………11 Rake 接收機(jī) ……………………………………………………………11 定時(shí)同步技術(shù)……………………………………………………………12 信道估計(jì)技術(shù)……………………………………………………………13第4章 UWB 多址技術(shù) ………………………………………………………………14 THPPM 多址方式 ………………………………………………………14 DSCDMA 多址方式………………………………………………………15 PCTH UWB 多址技術(shù) ……………………………………………………16 多載波超寬帶多址技術(shù)…………………………………………………19第5章 UWB 的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程及其應(yīng)用…………………………………………………18 UWB 信號(hào)的頻譜管理……………………………………………………19 UWB 的應(yīng)用………………………………………………………………21 UWB 的不足與改進(jìn)………………………………………………………26第6章 UWB 的開(kāi)發(fā)及發(fā)展前景………………………………………………………26 超寬帶天線的發(fā)展………………………………………………………27 超寬帶芯片設(shè)計(jì)…………………………………………………………27 超寬帶商用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)……………………………………………………28 6．4 發(fā)展與應(yīng)用前景 ………………………………………………………2947第7章 結(jié)論 …………………………………………………………………………29致謝 ……………………………………………………………………………………30參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………31附錄一 一些主流WLAN/WPAN等標(biāo)準(zhǔn)和UWB技術(shù)的特點(diǎn) …………………………32附錄二 英文資料及其翻譯 …………………………………………………………33前 言超寬帶無(wú)線通信技術(shù)（UWB）是一種無(wú)載波通信技術(shù)，UWB不使用載波，而是使用短的能量脈沖序列，并通過(guò)正交頻分調(diào)制或直接排序?qū)⒚}沖擴(kuò)展到一個(gè)頻率范圍內(nèi)。UWB方式占用帶寬非常寬，且由于頻譜的功率密度極小，它具有通常擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)。由于UWB系統(tǒng)發(fā)射功率譜密度非常低，因而被截獲概率很小，被檢測(cè)概率也很低，與窄帶系統(tǒng)相比，有較好的電磁兼容和頻譜利用率。由于只在需要時(shí)發(fā)送脈沖電波，因而大大減少了耗電量。在基于脈沖的UWB系統(tǒng)中，采用瑞克接收機(jī)合并多徑信號(hào)能量并進(jìn)行相干檢測(cè)；信道估計(jì)問(wèn)題即估計(jì)多徑信號(hào)的到達(dá)時(shí)間和幅度；多址方式允許許多用戶同時(shí)共享有限的頻譜資源。最常見(jiàn)的THPPM多址技術(shù)和DSCDMA多址技術(shù)等，是進(jìn)行用戶分離的最佳多址技術(shù)。（2） 同步技術(shù) 沒(méi)有精確的同步算法就不能對(duì)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠的接收。2002年2月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)批準(zhǔn)限用于軍用雷達(dá)的超寬帶(UWB)技術(shù)可運(yùn)用于民用產(chǎn)品上，同年4月。UWB在公共安全、軍事效能、航空安全、醫(yī)療應(yīng)用以及消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品與服務(wù)等諸多領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。UWB的主要特點(diǎn)是傳輸速率高、空間容量大、成本低、功耗低等，有可能成為解決企業(yè)、家庭、公共場(chǎng)所等高速因特網(wǎng)接入的需求與越來(lái)越擁擠的頻率資源分配之間的矛盾的技術(shù)手段。那時(shí)，研究工作在于通過(guò)沖激響應(yīng)特性來(lái)描述某一些微波網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)行為。特別是，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)的任意輸入信號(hào)x(t),其輸出信號(hào)y(t)可以唯一地由下列卷積來(lái)確定： （11）然而，實(shí)際上直到采樣示波器和亞納秒（基帶）脈沖發(fā)生技術(shù)出現(xiàn)之后，才為這樣的沖擊激勵(lì)提供了近似方法、觀察和測(cè)量方法。1972年，Robbins發(fā)明的敏感短波脈沖接收器取代了笨重的時(shí)域示波器，加速了UWB系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。此后，在將近30年的時(shí)間內(nèi)，UWB的理論、技術(shù)和許多相關(guān)設(shè)備的研制得到了迅速的發(fā)展，但大約在1989年之前，“超寬帶”這一術(shù)語(yǔ)并不常用，各種名稱(chēng)（如基帶、無(wú)載波或脈沖技術(shù)）等均混用。之后，各種專(zhuān)利也相繼被授予，其中包括UWB脈沖的產(chǎn)生和接收方法，通信、雷達(dá)、車(chē)輛防撞、定位系統(tǒng)、醫(yī)療成像、液面感應(yīng)等應(yīng)用。[1]表11 一些UWB里程碑事件[1]時(shí) 間人 物事 件1969～1984年Harmuth（美國(guó)天主教大學(xué)）發(fā)表“用于雷達(dá)和無(wú)線通信的非正弦波”1972～1987年Ross和Robbins（Sperry Rand公司）Van Etten（羅馬空軍實(shí)驗(yàn)室）發(fā)明用于雷達(dá)和通信的UWB技術(shù)設(shè)計(jì)UWB天線、脈沖系統(tǒng)等1980～2000年Fullerton(Tine Domain公司)McEwan(