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超宽带(UWB)定位系统发射机基带的系统设计,功能模块分解、硬件实现

作者:时间:2014-07-03来源:网络收藏

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/259385.htm

第一章 前言

1.1超宽带简介

超宽带技术(Ultra-Wideband, UWB)早在20世纪中期就已在雷达信号处理领域引起了人们的关注[1]。多年以来,由于这项技术一直受到军方的限制,在民用领域未能得到快速的发展和广泛的应用。随着2002年FCC允许超宽带民用通信系统投入使用[2],超宽带凭借其传输速率高、成本低、功率小、抗干扰能力强等优点[3],日益受到关注,迅速成为研究热点。

超宽带技术的历史最早可以追溯到一百年前波波夫和马可尼发明越洋无线电报的时代。马可尼发明的最早的火花隙发射器的信号就占据了很宽的频带,他在1897年演示的第一个系统就符合超宽带无线电这个词的含义。不过,现代意义上的超宽带无线电,又称为冲激无线电(IR:Impulse Radio)技术,出现于20世纪60年代,最早则可追溯到1942年De Rosa提交的随机脉冲系统的专利。但其应用一直局限于军事、救援搜索、雷达定位及测距等方面,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,超宽带技术才开始被应用于领域。

FCC对超宽带给出了两种定义[4-6]: 第一种是信号的10dB带宽大于或等于500MHZ,第二种是信号相对带宽大于等于0.2。由于FCC对于超宽带信号的产生方式没有明确规定,因此,超宽带信号有多种产生方式。传统而经典的UWB技术采用持续时间只有几十皮秒到几纳秒的脉冲信号来传送信息,信号带宽高达几GHz。其平均发射功率很低,频谱很宽,因此功率谱密度非常低,几乎湮没在各种电磁干扰和背景噪声之中。具有低截获率、隐蔽性强、保密性好等优点,同时它还具有对信号衰落不敏感、定位精度高以及系统复杂度低等优点[7-8]。另一类的UWB技术仍然基于正弦载波的概念发射连续波,其超宽带的实现可以采用扩展频谱技术或者提高数据速率进而提高射频带宽,其数据传输速率可达上百Mbit/s甚至几Gbit/s 。主要用来构建短距离的高速WPAN、家庭无线多媒体网络以及替代高速短程有线连接等。

第2章MB-OFDM UWB原理介绍

2.1超宽带通信技术

2.1.1UWB的定义

超宽带这一术语是1989年首先由美国国防部正式提出使用的。早期的名称有脉冲无线电(Impulse Radio)、无载波(Carrier Free)等。为了促进并规范UWB技术的发展,2002年FCC对UWB信号给出了明确的定义。FCC规定,UWB信号为任何绝对带宽大于500MHz或相对带宽(Fractional Bandwidth)大于0.2,并满足FCC功率谱密度限制要求的信号。这里相对带宽定义为:

(2-1)

其中,分别表示信号的功率谱密度衰减10dB时所对应的上限频率和下限频率,为信号的中心频率,为信号的绝对带宽,

图2.1 UWB信号与窄带信号的比较

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