超宽带无线通信技术及应用毕业设计（论文）专业 ___________ 无线电技术班次11613 ____________________姓名 ___________ 曾麒麟指导老师 ________ 杨新明成都工业学院二0 一四年超宽带无线通信技术及主要应用摘要：相对有线通信，无线通信最大的优点在于其可移动性。

但是，却要面对恶劣的无线通信环境和有限的频谱资源的挑战。

与此同时，人们对无线通信系统的要求在不断地提高，希望其能提供更高的数据传输速率。

在这样的背景下, 超宽带技术引起了人们的重视，已逐渐成为无线通信领域研究开发的一个热点。

超宽带的核心是冲激无线电技术，其带宽大于目前所有通信技术的带宽，且抗干扰性能强、传输速率髙、系统容量大、功耗低等优点，满足10m之内的无线个人局域网。

本文介绍了超宽带无线通信技术（UWB）的发展背景，并对脉冲信号波形的产生、调制技术进行了分析讨论，以及对UWB接收机技术、多址技术等方面进行了论述。

本文仅对UWB技术在无线个人局域网和军用中的应用进行了论述，以及提出了UWB技术的不足之处和解决方案，最后对UWB技术的开发和发展前景作了展望。

［关键词］超宽带无线通信技术；无线个人局域网；多址技术；脉冲调制成都工业学院通信工程系毕业设计论文目录前言 0第1章绪论 (1)第2章UWB技术简介 (3)2.1超宽带无线技术的背景 (3)2.2超宽带无线技术的概念 (4)2.3超宽带无线技术的主要特点 (5)2.4超宽带与其他近距离无线通信技术的比较 (6)2.5超宽带系统对其它系统的干扰 (8)第3章超宽带技术的关键技术 (9)3.1超快带系统的基本模型 (9)3.2脉冲成形技术 (9)3.2.1超宽带系统对脉冲波形的要求 (10)3.2.2 高斯脉冲的时域波形 (10)3.2.3高斯脉冲的频谱特性 (12)3.2.4形成因子〉对高斯脉冲的影响 (14)3.3超宽带脉冲调制技术 (15)3.3.1脉冲位置调制（PPM (16)3.3.2脉冲幅度调制（PAM (16)3.3.3多频带脉冲调制 (17)3.4超宽带系统多址技术 (17)3.4.1............................................................................................ TH-PPM 多址方式183.4.2D S-CDMA 多址方式 (19)3.4.3P CTH超宽带多址技术 (20)3.4.4几种多址技术的比较 (20)第4章超宽带接收机关键技术 (22)4.1RAKE 接收机 (22)4.2多径分集接收策略和多径合并策略 (23)4.2.1多径分集接收策略 (23)4.2.2多径合并策略 (24)4.3 定时同步技术 (24)4.4信道估计技术 (25)第5章UWB技术的标准化进程及其应用 (26)5.1UWB信号的频谱管理 (26)5.1.1规范UWB言号频谱的必要性 (26)5.1.2F CC关于UWB言号频谱的规范 (26)5.2超宽带技术的应用 (27)5.2.1超宽带技术在高速无线网络中的应用 (28)5.2.2超宽带技术在军事方面的应用 (29)5.3超宽带技术的不足与改进 (29)6.1超宽带天线的发展 (30)6.2超宽带芯片设计 (30)6.3超宽带商用产品的开发 (31)6.4 超宽带技术的发展与应用前景. (31)结语 (33)致谢 (34)参考文献 (35)成都工业学院文超宽带无线通信技术(UWB是一种无载波通信技术，UWB不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。

UW 方式占用带宽非常宽，且由于频谱的功率密度极小，它具有通常扩频通信的特点。

在与其他系统共存时，不仅难产生干扰，而且还有抗其他系统干扰的优点。

由于UWB系统发射功率频谱密度非常低，因而被截获的概率很小，被检测的概率也很低，与窄带系统相比，有较好的电磁兼容和频谱利用率。

UWBg出的脉冲电波直接按照0或1发送出去，由于只在需要时发送脉冲电波，因而大大减小了耗电量。

UWB 技术之所以成为无线通信领域关注的热点之一，是由于用户需求和UWB 技术的性能特点共同决定的。

在基于脉冲的UW系统中，采用RAKE接收机合并多径信号能量并进行相干检测；信道估计问题即估计多径信号的到达时间和幅度；多址方式允许许多用户同时共享有限的频谱资源。

需要分配有效信道给多个用户以获得高系统容量，对于高质量的通信，这一点必须做到，并且必须保证不导致系统性能的降低。

最常见的TH-PPM多址技术和DS-CDM多址技术等，是进行用户分离的最佳多址技术。

UWB 接收机的研究与开发需要解决如下的关键技术：1、接收机技术UWB脉冲信号具有天然的多径分辨能力，因此可以采用RAKE 接收技术对抗多径信道引起的时间弥散。

2、同步技术没有精确的同步算法就不能对传送的数据进行可靠的接收。

3、信道技术为了保证系统传输可靠性和功率效率。

2002 年2月，美国联邦通信委员会(FCC)批准限用于军用雷达的超宽带技术可用于民用产品上，同年4月，批准将3.1GHz和10.6GHz之间的免授权频段分配给UWB使用。

自此，此技术开始引起业界广泛关注。

UW在公共安全、军事效能、航空安全、医疗应用以及消费类产品与服务等诸多领域具有独特的应用价值和广阔的市场前景。

随着因特网、多媒体和无线通信技术的发展，人们与信息网络已经密不可分，人们对实现高速率、高质量无线多媒体业务的需求越来越迫切，便携式电子设备与因特网之间的短距离高速无线通信已成为未来通信技术的重要发展趋势之一。

UWB 的主要特点是传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低等，有可能解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的技术手段。

第1 章绪论1.研究意义:随着英特网、多媒体和无线通信技术的发展，人们与信息网络已经密不可分，人们对实现高速率、高质量无线多媒体业务的需求越来越迫切，便携式电子设备与英特网之间的短距离高速无线通信已经成为未来通信技术的重要发展趋势之一。

UWB （超宽带无线通信技术）的主要特点就是传输速率高，空间容量大、成本低、功耗低等，有可能成为解决企业、家庭、公共场所等高速英特网接入的需求约越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的技术手段。

2. 国内外现状国内：2001年9月初发布的“十五” 863计划通信技术主题研究项目中，把超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研发工作。

但是国内目前关于UWB 技术的深入研究仅限于雷达方面，关于UW通信系统的研究还没有形成规模。

国外：早在1965年，美国就确立了UWB勺技术基础。

在后来的二十年内，UW技术主要用于美国的军事应用，其研究机构仅限于与军事相关联的企业以及研究机关、团体。

目前，美国国防部正开发几十种UWB系统，包括战场防窃听网络等。

民用方面：由于超宽带技术的种种优点使其在无线通信方面具有很大的潜力，近几年来国外对UW信号应用的研究比较热门，主要用于通信（如家庭和个人网络，公路信息服务系统和无线音频、数据和视频分发等）、雷达（如车辆及航空器碰撞/故障避免，入侵检测和探地雷达等）以及精确定位（如资产跟踪、人员定位等）。

索尼、时域、摩托罗拉、英特尔、戴姆勒—克莱斯勒等高技术公司都已涉足UWB技术的开发，将各种消费类电子设备以很高的数据传输率相连，以满足消费者对短距离无线通信小型化、低成本、低功率、高速数据传输等要求。

国际学术界对超宽带无线通信的研究也越来越深入。

2002 年5 月20〜23 日，IEEE举办了一期会议，专门讨论UW豉术及其应用。

2002年2月14 日，美国联邦通信委员会（FCC）正式通过了将UW技术应用于民用的议案，定义了三种UWB系统：成像系统、通信与测量系统、车载雷达系统，并对三种系统的EIRP（全向有效辐射功率）分别做了规定。

但是，UWB技术的协议与标准尚未确定，目前，只有美国允许民用UWB器件的使用；而欧洲正在讨论UWB勺进一步使用情况，并观望美国的UW标准。

3. 研究目标与内容研究目标：超宽带无线通信关键技术及其应用。

主要内容：对脉冲信号波形的产生、调制技术进行分析讨论，并对UWB接收机技术、UW多址技术等方面进行了论述，并对UW技术在无线个人局域网和军用中的应用进行了论述，以及提出了UWB技术的不足之处和解决方案，以及对UW 技术的开发和前景作了展望。

第2章UWB技术简介2.1超宽带无线技术的背景超宽带技术最早可于追溯到100年前波波夫和马可尼发明越洋无线电报的时代，马可尼发明的火花隙发射器的信号就占据了很宽的频带。

现代意义上的超宽带无线电又称为冲激无线电技术，出现于20世纪60年代。

冲激无线电技术出现之后的应用长期仅限于军事、灾害救援搜索、雷达定位及测距等领域。

1978年美国Sperry研究中心Ross博士在IEEE期刊中以“时域电磁学”为标题对超宽带作了比较全面的综述，论述了超宽带信号波形的产生技术，时域处理方法与时域特征分析技术，相关的天线技术以及基带雷达技术等。

由于超宽带系统能够与其他窄带系统共享频带，从80年代开始，随着频带资源的紧张以及对于高速通信的需求，超宽带技术开始被应用与无线通信领域。

Scholtz详细地综述了这种被称为“冲激无线电”技术的应用，以及该技术的优点和缺点，表明在同一个区域中冲激无线电通信系统可以容纳大量的用户，而且这种冲激无线电超宽带信号具有比窄带信号更强的抗多径能力，从而使超宽带在无线通信中的应用开始受到广泛的关注。

超宽带技术在历史上还有一些其他的名称，如冲激雷达、基带脉冲、无载波技术等，这是因为在早期超宽带信号通常是不用正弦载波调制的窄脉冲，上述名称反映了当时超宽带信号的这个典型特点。

UWB技术多年来一直是美国军方使用的作战技术之一，但由于UW具有巨大的数据传输速率优势，同时受发射功率的限制，在短距离范围内提供高速无线数据传输将是UWB勺重要领域，如当前WLAN和WPAN勺各种应用。

此外，通过降低数据率提高应用范围，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、安全性高、系统复杂度低等优点；UW也使用与短距离数字化的音视频无线连接、短距离宽带高速无线接入等相关民用领域。

表2-1所示为UW里程碑事件。

表2-1 UWB里程碑事件2002 年4月22日，FCC颁布了UW占用带宽的有关条例，允许UW技术和产品参与商业化运作。

这一条例的颁布直接促进了基于UWE技术的通信系统的研发，给短距离高速无线通信系统的发展注入了新的活力。

为了跟踪这一技术的发展，并形成自主的知识产权，我国也开始了以“ 863项目”的形势扶持与资助这一技术和标准的研究与公关。