浅析超宽带调制技术研究及其应用毕业设计(编辑修改稿)

浅析超宽带调制技术研究及其应用毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间， 多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。 4 由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。 假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉 冲宽度与传播速度的乘积。 由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。 大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达 10～ 30 dB 的多径环境， 对超宽带无线电信号的衰落最多不到 5 dB。 (6)定位精确：冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。 超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而 GPS 定位系统只能工作在 GPS 定位卫星的可视范围之内； 与 GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置， 其定位精度可达厘米级， 此外，超宽带无线电定位器更为便宜。 (7)工程简单造价便宜：在工程实现上， UWB 比其它无线技术要简单得多，可全数字化实现。 它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，设备的成本将很低。 如前所述，现代意义上的超宽带 UWB 数据传输技术， 又称脉冲无线电( IR ， Impulse Radio) 技术， 出现于 1960 年代， 当时主要研究受时域脉冲响应控制的微波网络的瞬态动作。 通过 Harmuth 、 Ross 和 Robbins 等先行公司的研究， UWB 技术在 70 年代获得了重要的发展， 其中多数集中在雷达系统应用中，包括探地雷达系统。 到 80 年代后期， 该技术开始被称为 无载波 无线电，或脉冲无线电。 美国国防部在 1989 年首次使用了 超带宽 这一术语。 为了研究UWB 在民用领域使用的可行性，自 1998 年起， 美国联邦通信委员会 ( FCC) 对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题开始广泛征求业界意见， 在有美国军方和航空界等众多不同意见的情况下， FCC 仍开放了 UWB 技术在短距离无线通信领域的 应用许可。 这充分说明此项技术所具有的广阔应用前景和巨大的市场诱惑力。 2020 年 12 月，在美国新墨西哥州的阿尔布克尔市举行的 IEEE 有关 UWB标准的大讨论。 那时关于 UWB 技术有两种相互竞争的标准，一方是以 Intel 与德州仪器为首支持的 MBOA 标准，一方是以摩托罗位为首的 DSUWB 标准，双 5 方在这场讨论中各不相让，两者的分歧体现在 UWB 技术的实现方式上，前者采用多频带方式，后者为单频带方式。 目前，这两个阵营均表示将单独推动各自的技术。 虽然标准尘埃未定，但摩托罗拉已有了追随者，三星在今年国际消费电子展上展示了全 球第一套可同时播放三个不同的 HSDTV 视频流的无线广播系统，就采用了摩托罗拉公司的 Xtreme Spectrum 芯片，该芯片组是摩托罗拉的第二代产品，目前已有样片提供，其数据传输速度最高可达 114Mbps，而功耗不超过200mw。 在另一阵营中， Intel 公司近期在其开发商论坛上展示了该公司第一个采用 90nm 技术工艺处理的 UWB 芯片；同时，该公司还首次展示多家公司联合支持的、采用 UWB 芯片的、应用范围超过 10M 的 480Mbps 无线 USB 技术。 在今年 5 月中旬由 工作组主持召开的标准大讨论 会议上对这种技术进行投票选举 UWB 标准， MBOA 获得 60%的支持， DSUWB 获取 40%的支持，两者都没有达到成为标准必须达到 75%选票的要求。 因此标准之争还要持续下去。 美国在 UWB 的积极投入，引起欧盟和日本的重视，也纷纷开展研究计划。 由 Wisair、 Philips 等六家公司和团体，成立了 Ultrawaves 组织，研究家庭内，UWB 在 AV设备高速传输的可行性研究。 位于以色列的 Wisair 多次发表所开发的 UWB 芯片组。 STMicro、 Thales 集团和摩托罗拉等 10 家公司和团体则成立了UCAN 组织，利用 UWB 达成 PWAN 的技术，包括实体层、 MAC 层、路由与硬件技术等。 PULSERS 是由位于瑞士的 IBM 研究公司、英国的 Philips 研究组织等 45 家以上的研究团体组成，研究 UWB 的近距离无线界面技术和位置测量技术。 日本在 2020 年元月成立了 UWB 研究开发协会，计有 40 家以上的业者和大学参加，并在同年 3 月构筑 UWB 通信试验设备。 多个研究机构可在不经过核准的情况下，先行从事研究。 我国在 2020 年 9 月初发布的 十五 国家 863 计划通信技术主题研究项目中，首次将 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究工作。 超宽带通信的发展历史及现状 一 超宽带的发展历史 超宽带其实有着悠久的发展历史，这方面的研究可以追溯到 20 世纪 40 年 6 代，当时主要是集中在各种脉冲通信的研究。 而 UWB 技术最早出现在上世纪 60年代时域电磁学的研究中，用于通过冲激响应完整地描述某一类微波网络地瞬时现象。 随后，这种技术被用于带宽辐射天线振子的设计和短脉冲雷达通信系统的开发。 1972 年，一种高灵敏的短脉冲接收设备研制成功，进一步加速了 UWB技术的研究进展。 这时这项技术被称为基带无载 波调制或冲击无线电技术。 Ross博士于 1973 年 4 月 17 日申请到的美国专利 (专利号 3728632)是 UWB 通信的里程碑式的专利。 1978 年， B en 和 Ross 总结了所有知道的产生脉冲的方法，从那时起在各种会议上就有很多关于 UWB 的会议。 到了 80 年代后期 (1989 年 )，美国国防部高级研究计划署 (DARPA)首先采用超宽带这一术语，并初步进行了定义。 超宽带的发展现状及应用 现代的超宽带通信的应用开始于 1993年美国南加州大学的 Scholzt教授将码分多址的概念和方法引入超宽带通信领域。 1994 年之前，有 关超宽带无线通信领域的研究主要限于美国政府和军方项目的研究， 1994 年之后，随着保密限制的逐渐解除，也由于网络接入和宽带信息的用户需求，人们开始关注超宽带无线通信，从而大大加快了这方面的研究。 1998 年起，美国 FCC 就超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其电磁兼容问题开始广泛征求业界意见，于 2020 年 2 月批准了这项无线技术用于民用通信，并规定了之前所讲的超宽带定义，这是超宽带技术发展的一个重要里程碑。 从此，超宽带技术、特别是超宽带无线通信开始受到比较广泛的关注。 2020 年 5 月，美国南加州大学、伯 克利大学、麻省大学联合集中研究短距离的 UWB 通信系统。 美国 Rutgers 大学 wlNLAB 实验室的 uwB 项目中，主要研究 UWB 系统原型设计，传播模型，调制解调，定时算法等。 斯坦福大学的研究人员建立了 UWB 试验装置，测试他对 CPS 的干扰。 在英、法、德等一些欧盟国家德积极推动下，欧洲邮政电信协会 (CEPT)在欧洲标准化组织 (EPO)的支持下也在审查 UWB 技术，以形成欧洲标准。 同时ETSI31 进 UWB 技术在欧盟国家的应用。 欧洲委员会成立的 IST 启动了基于 UWB无线接入的开放移动接入网络项目，研究可伸缩 UWB多用户 无线接入的可行性，及商用化途径等，而参加研究的大学有德国 Dresdne 技术大 学、意大利 Roma 大 7 学、 Peruj is 大学等。 世界上除了各所大学的研究工作外，一些公司也开展了对 UWB 的研究。 美国 TimeDomain 公司是该技术领域的前沿，它已经研制出 UWB 通信原型样机，并建立了几个原型系统。 在欧洲， ST 微电子公司曾与若干欧洲伙伴一起运营了一个 UWB 研发计划，并开发一个完整的 UWB 系统，据称，这是欧洲有关 UWB的最大研究项目之一。 由于 UWB 是一种关键的通信技术，特别是为多媒体系统所需，日本的消费电子公司及数字 视频芯片公司也都对它抱有极大的兴趣。 目前我国关于 UWB的研究主要围绕于光导开关脉冲源以及它在大功率辐射中的应用研究。 随着 UWB 通信技术的发展，人们对 UWB 特性的认识逐渐完善，人们已开始意识到， UWB 信号在通信、雷达、定位、导航、电子对抗等领域将有及其广泛的应用。 超宽带无线通信技术的应用主要是民用和军用两方面。 军用超宽带无线通信技术的研究和开发主要动因是利用超宽带信号的隐蔽性、抗干扰性能、高数据传输速率和系统的多功能集成等，其用途主要是战术电台和移动无线网络。 而由于超宽带雷达的强透视能力、反侦察能力和较强 的分辨能力，各国的军界都对它产生了浓厚的兴趣，并投入了较大的研究力度。 除了在军用方面有较大的应用外，超宽带无线通信在民用领域也具有巨。