吉林大学网络教育学院——物联网与泛在通信技术
来源：新闻资讯 /
时间: 2024-11-23
FCC Part15规定：
UWB通信系统可使用的免授权频段为3.1～10.6GHz共7.5GHz带宽；
信号最高功率谱密度为?41.3dBm/MHz；
2.超宽带的技术特点与应用
超宽带的技术特点：
（1）传输速率高
UWB系统使用高达500MHz～7.5GHz的带宽，根据香农信道容量公式，即使发射功率很低，也可以在短距离上实现高达几百兆至1Gbit/s的传输速率。
（2）通信距离短
高频信号衰落更快，这导致UWB信号产生严重的失真。
研究表明:
当收发信机之间距离小于10m时，UWB系统的信道容量高于传统的窄带系统;
当收发信机之间距离超过12m时，UWB系统在信道容量上的优势将不复存在。
（3）系统共存性好，通信保密度高
极低的功率谱密度（上限仅为?41.3dBm/ MHz ）;
噪声电平低，与传统的窄带系统有着良好的共存性;
具有很强的隐蔽性;
（4）定位精度极高，抗多径能力强
脉冲宽度一般在亚纳秒级；
很强的穿透力，高精度测距和定位能力；
抗多径能力强。
（5）体积小、功耗低位
传统的UWB技术无需正弦载波，收发信机不需要复杂的载频调制解调电路和滤波器等。因此，可以大大降低系统复杂度，减小收发信机体积和功耗。
超宽带的应用范围：
在通信领域应用：
组建高速局部物联网；
无线个域网和家庭无线网络；
作为各种设备之间的高速通信接口。
（1）短距离点到点通信
各种移动设备之间的高速信息传输，例如PDA、MP3、可视电话、3G手机等设备之间的短距离点到点通信，包括多媒体文件传输、游戏互动等。
（2）设备间无线连接
桌面PC、笔记本电脑、移动设备与各种外设之间的无线连接，例如与打印机、扫描仪、存储设备等的无线连接。
（3）数据传输
数字电视、家庭影院、DVD机、投影机、数码相机、机顶盒等家用电子设备之间的可视文件和数据流的传输。
(4）系统管理
结合UWB高精度的定位能力，应用企业仓储管理和智能交通等各类物联网系统中，为精准的存货追踪管理、汽车防撞系统、测速、收费系统提供解决方案。
(5）其他应用
窄脉冲具有很强的穿透各种障碍物，例如墙壁和地板的能力。UWB技术还能实现隔墙成像，因此具有比红外通信更为广泛的应用，例如在军事、勘探、安全等领域。
3.脉冲无线电技术
脉冲无线电（Impulse Radio）：早期超宽带系统的代名词，专指采用冲激脉冲（超短脉冲）作为信息载体的非正弦载波无线电技术。该技术有别于传统使用正弦载波的窄带无线系统，属于基带、无载波通信的范畴。
（1）常用脉冲波形
功率谱的形状取决于脉冲信号的形状。因此，典型的UWB脉冲是高斯双叶脉冲（Gaussian Doublet），这种脉冲因为生成容易而被经常使用。
（2）基于脉冲调制的超宽带系统
UWB系统常用的调制方式包括——
脉位调制（PPM）—— 通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对于基准时间的位置来传递信息，它的优点就是简单，但是需要比较精确的时间控制。
脉幅调制（PAM）—— 通过改变脉冲幅度的大小来传递信息，它可以改变脉冲幅度的极性，也可以仅改变脉冲幅度的绝对值大小。通常的PAM只改变脉冲幅度的绝对值，即OOK（On-off Keying）。
二相调制（BPSK）—— 通过改变脉冲的正负极性来调制二元信息。使用二相调制的一个原因就是在抗噪性能上它有优于PPM的3dB增益。
OOK和PPM共同优点：可以通过非相干检测恢复信息；
OOK和PPM共同缺点：经过这些方式调制的脉冲信号将出现线谱。线谱使超宽带脉冲系统的信号难于满足一定的频谱要求。平滑线谱的一种方法就是加入伪随机码，并同时实现多用户接入。
3种典型的超宽带脉冲无线电系统
实际的多址方式有跳频FH （Frequency-Hopping）和直扩DS两种。多址与调制方式相结合，可以得到3种典型的超宽带脉冲无线电系统，即TH-PPM、TH-PAM和DS-BPSK。
4.多带OFDM（MB-OFDM）超宽带技术
在2002年FCC规定了UWB通信的频谱使用范围和功率限制后，全球各大消费电子类公司及其研究人员从传统窄带无线通信的角度出发，提出了有别于基带窄脉冲形式的带通载波调制超宽带方案 MB-OFDM（MultiBand OFDM）。
2005年3月，欧洲计算机制造商协会（ECMA）发布了基于MB-OFDM方案的ECMA-368和ECMA-369标准。上述标准于2007年通过ISO认证，正式成为第一个UWB的国际标准。
ECMA-368协议规定了用于高速短距离无线网络的UWB系统的物理层与MAC层的特性，使用频段为3.1～10.6GHz，最高速率可以达到480Mbit/s。
（1）帧结构
ECMA-368协议里的帧结构是由物理层汇聚协议（ PLCP ）前导、PLCP头和物理层服务数据单元（ PSDU ）三部分组成的PLCP协议数据单元（ PPDU ）。
UWB通信系统可使用的免授权频段为3.1～10.6GHz共7.5GHz带宽；
信号最高功率谱密度为?41.3dBm/MHz；
2.超宽带的技术特点与应用
超宽带的技术特点：
（1）传输速率高
UWB系统使用高达500MHz～7.5GHz的带宽，根据香农信道容量公式，即使发射功率很低，也可以在短距离上实现高达几百兆至1Gbit/s的传输速率。
（2）通信距离短
高频信号衰落更快，这导致UWB信号产生严重的失真。
研究表明:
当收发信机之间距离小于10m时，UWB系统的信道容量高于传统的窄带系统;
当收发信机之间距离超过12m时，UWB系统在信道容量上的优势将不复存在。
（3）系统共存性好，通信保密度高
极低的功率谱密度（上限仅为?41.3dBm/ MHz ）;
噪声电平低，与传统的窄带系统有着良好的共存性;
具有很强的隐蔽性;
（4）定位精度极高，抗多径能力强
脉冲宽度一般在亚纳秒级；
很强的穿透力，高精度测距和定位能力；
抗多径能力强。
（5）体积小、功耗低位
传统的UWB技术无需正弦载波，收发信机不需要复杂的载频调制解调电路和滤波器等。因此，可以大大降低系统复杂度，减小收发信机体积和功耗。
超宽带的应用范围：
在通信领域应用：
组建高速局部物联网；
无线个域网和家庭无线网络；
作为各种设备之间的高速通信接口。
（1）短距离点到点通信
各种移动设备之间的高速信息传输，例如PDA、MP3、可视电话、3G手机等设备之间的短距离点到点通信，包括多媒体文件传输、游戏互动等。
（2）设备间无线连接
桌面PC、笔记本电脑、移动设备与各种外设之间的无线连接，例如与打印机、扫描仪、存储设备等的无线连接。
（3）数据传输
数字电视、家庭影院、DVD机、投影机、数码相机、机顶盒等家用电子设备之间的可视文件和数据流的传输。
(4）系统管理
结合UWB高精度的定位能力，应用企业仓储管理和智能交通等各类物联网系统中，为精准的存货追踪管理、汽车防撞系统、测速、收费系统提供解决方案。
(5）其他应用
窄脉冲具有很强的穿透各种障碍物，例如墙壁和地板的能力。UWB技术还能实现隔墙成像，因此具有比红外通信更为广泛的应用，例如在军事、勘探、安全等领域。
3.脉冲无线电技术
脉冲无线电（Impulse Radio）：早期超宽带系统的代名词，专指采用冲激脉冲（超短脉冲）作为信息载体的非正弦载波无线电技术。该技术有别于传统使用正弦载波的窄带无线系统，属于基带、无载波通信的范畴。
（1）常用脉冲波形
功率谱的形状取决于脉冲信号的形状。因此，典型的UWB脉冲是高斯双叶脉冲（Gaussian Doublet），这种脉冲因为生成容易而被经常使用。
（2）基于脉冲调制的超宽带系统
UWB系统常用的调制方式包括——
脉位调制（PPM）—— 通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对于基准时间的位置来传递信息，它的优点就是简单，但是需要比较精确的时间控制。
脉幅调制（PAM）—— 通过改变脉冲幅度的大小来传递信息，它可以改变脉冲幅度的极性，也可以仅改变脉冲幅度的绝对值大小。通常的PAM只改变脉冲幅度的绝对值，即OOK（On-off Keying）。
二相调制（BPSK）—— 通过改变脉冲的正负极性来调制二元信息。使用二相调制的一个原因就是在抗噪性能上它有优于PPM的3dB增益。
OOK和PPM共同优点：可以通过非相干检测恢复信息；
OOK和PPM共同缺点：经过这些方式调制的脉冲信号将出现线谱。线谱使超宽带脉冲系统的信号难于满足一定的频谱要求。平滑线谱的一种方法就是加入伪随机码，并同时实现多用户接入。
3种典型的超宽带脉冲无线电系统
实际的多址方式有跳频FH （Frequency-Hopping）和直扩DS两种。多址与调制方式相结合，可以得到3种典型的超宽带脉冲无线电系统，即TH-PPM、TH-PAM和DS-BPSK。
4.多带OFDM（MB-OFDM）超宽带技术
在2002年FCC规定了UWB通信的频谱使用范围和功率限制后，全球各大消费电子类公司及其研究人员从传统窄带无线通信的角度出发，提出了有别于基带窄脉冲形式的带通载波调制超宽带方案 MB-OFDM（MultiBand OFDM）。
2005年3月，欧洲计算机制造商协会（ECMA）发布了基于MB-OFDM方案的ECMA-368和ECMA-369标准。上述标准于2007年通过ISO认证，正式成为第一个UWB的国际标准。
ECMA-368协议规定了用于高速短距离无线网络的UWB系统的物理层与MAC层的特性，使用频段为3.1～10.6GHz，最高速率可以达到480Mbit/s。
（1）帧结构
ECMA-368协议里的帧结构是由物理层汇聚协议（ PLCP ）前导、PLCP头和物理层服务数据单元（ PSDU ）三部分组成的PLCP协议数据单元（ PPDU ）。
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