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集崭新的超宽带(UWB)无线通信技术

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:从超宽带UWB技术进行了介绍和分析,并对其调制方式和近期提出的新型高效脉形调制PSM(PulseShapeModulation)做出了初步的理论探讨。
  关键词:超宽带(UWB)脉形调制(PSM)正交改进型hermite脉冲
  
  超宽带(UltraWideBand)作为一种新型的无线通信技术与传统的通信方式相比有着很大的区别。由于它不需使用载波电路,而是通过发送纳秒级脉冲传输数据,因此该技术具有发射和接收电路简单、功耗低、对现存通信系统影响小、传输速率高的优点,此外它还具有多径分辨能力强、穿透力强、隐蔽性好、系统容量大、定位精度高等优势。根据FCC的规定,从3.1GHz~10.6GHz之间的7.5GHz带宽频率都将作为UWB通信设备所使用。但出于对现存无线系统影响的考虑,UWB的发射功率被限制在1mW/MHz以下。
  
  UWB是一种可以为无线局域网LAN、个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。它解决了困扰传统无线技术多年的重大难题,开发了一个具有对信道衰落特性不敏感、发射信号功率普密度低、不易被截获、复杂度不高等众多优点的传输技术。该技术尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
  
  图1
  
  1基本概念
  
  超宽带(UWB)又被称为脉冲无线电(ImpulseRadio),具体定义为相对带宽(信号带宽与中心频率的比)大于25%的信号,即:
  
  Bf=B/fc=(fh-fl)/[(fh+fl)/2]>25%(1)
  
  或者是带宽超过1.5GHz。实际上UWB信号是一种持续时间极短、带宽很宽的短时脉冲。它的主要形式是超短基带脉冲,宽度一般在0.1~20ns,脉冲间隔为2~5000ns,精度可控,频谱为50MHz~10GHz,频带大于100%中心频率,典型点空比为0.1%。
  
  传统的UWB系统使用一种被称为“单周期(monocycle)脉形”的脉冲。一般情况下,通过随道二极管或者水银开关产生。在计算机仿真中用高斯脉冲来近似代替它。由于天线对脉冲的影响不同,所以可以假设发送脉冲为:
  
  
  
  而接收端收到的信号为:
  
  
  
  tc是脉冲的时移,2tau为脉冲的宽度。图1给出了发射脉冲和接收脉冲的时域脉形。
  
  2UWB的性能特点
  
  超宽带有别于其它现存的一些通信技术,其最根本的区别在于无需载波,大大降低了发射和接收设备的复杂性,从根本上降低了通信的成本。
  
  UWB的优点可以归纳为以下八个方面:
  
  (1)无需载波,发送和接收设备简单。由于UWB信号是一些超短时的脉冲,其频率很高,所以它不象传统的基带信号那样需要将其调制到某个发射频率上才能在信道中传输。因此,必然会使发射机和接收机的结构简单化。
  
  图2
  
  (2)功耗低。由于UWB信号无需载波,工作在频谱的电子噪声波段,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB系统只需要50~70mW的电源,而这只是移动电话的百分之一,蓝牙技

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