超宽带范文10篇

超宽带范文篇1

关键词：超宽带超宽带无线电纳秒级脉冲

将超宽带雷达应用于通信是近年来业界的研究热点。在传统的通信技术中，通常把信号从基带调制到正弦或余弦载波上，而超宽带UWB（UltraWideBand）通信则是通过对持续时间为纳秒或亚纳秒级窄脉冲进行调制，这样UWB信号将具GHz量级的带级。超宽带技术相对于连续波通信系统具有独到之处，应用领域广泛，如雷达、通信、探测等。UWB的特点：发射信号功率谱密度较低，强抗截获能力；系统复杂度低；数厘米的定位精度等优点。但是这些性能的获得都需要依赖于现有技术和工艺的可行性，特别是集成电路的工艺。UWB应用中必不可少的关键之一是如何产生可以控制的UWB窄脉冲，灵活方便是UWB通信所渴望的；产生足够窄的脉冲和适于信道传输的脉冲形状也是UWB通信中的热门研究点和关键所在。为此，本文探讨了一种纳秒级脉冲发生电路的原理和设计，完成了实物制作，给出测得的实际结果。

1现有的方法和缺陷

事实上人们对超宽带雷达的研究是非常早的，从上个世纪六七址年代即已开始，所以目前很热的UWB并不是什么创新。有许多专利文献和文章都专门阐述如何产生满足各种要求的窄脉冲，美国等在这方面的专利有很多。在研究初期，由于器件和工艺的缺乏，主要利用微滤器件（如传输线）等效成开关，从而得到短持续时间的信号，再经过脉冲成形网络整形成满足要求的波形和电压足够高的脉冲。这些方法造价很高，且器件庞大，更不适于现代应用；后来前苏联人发现二极管上速度极快的良性雪崩应能够使矩形脉冲的上升沿急剧陡峭，从而使得窄脉冲的成形都倾向于利用PN结的雪崩效应。在早期利用雪山崩效应的方案中，由于器件的限制，通常需要在二极管或三极管上加2kV～3kV的反偏高压，同时产生的窄脉冲电压也非常高，但其高偏压的提供本身就很困难；此后，随着器件的发展，产生雪崩效应的电压都下降100V～130V左右，从而使得制造成本和电路本身都大为简单，但此时已不太适于雷达方面的应用了。因为脉冲较宽且幅度小，作为通信系统仍然太大；脉冲过宽，且辐射还需满足FCC等要求。

针对前人所作的工作和现有的器件，改进并设计了超宽带纳秒级脉冲成形电路，然后完成了具体电路的研制和测试。

图2电路原理图

2设计概要和结果

2.1基本工作原理

电路的逻辑结构如图1所示，运用开关三极管的短暂良性雪崩效应，让存储在三极管集电极端的电容快速放电而产生纳秒级脉冲。电源模块提供足以使三极管产生雪崩的高达90V的电压，这时即便断掉输入信号，也可以产生自激式纳秒级脉冲；调节电源模块的输出电压使之刚好在开关三极管的临界雪崩电压处，这时加上PPM信号促使三极管产生雪崩效应，得到窄脉冲，从而使输出窄脉冲承载了信息。脉冲整形电路对输入的PPM信号进行延迟和微分，以使之触发雪崩效应。此外调节脉冲生成电路可以得到不同形状的窄脉冲，满足对信息不同调制方式的需求。

2.2电路设计

依据上述整体构思，选择恰当元件并运用相应的仿真后，设计了原理电路图，如图2所示。图2中，开关三极管Q1的选择是整个电路关键，它的参数和性能决定了输出脉冲的极限性能。在这里选用Motorola金属管壳封装的2N2369A，它的开关时间和转换时间在同类产品中是一流的，大多数类似的应用都采用这种管子。以模块为核心的电路构成了开关电源，产生使三极管雪崩的电压，这一部分也可以采用别的电路替代。开关三极管集电极端2PF的小电容起存储电荷的作用，它的大小对脉冲幅度和持续时间都有决定性影响，同时脉冲幅度和持续时间都有决定性影响，同时脉冲幅度和持续时间也是一对矛盾的量，需要折中考虑。电路的设计需要考虑分布参数和接口匹配：分布参数，尤其是三极管集电极端到开关电源的分布参数，在电路设计不当时，其分布电容可高达十几波法；接口匹配应用输入信号和输出脉冲能够有尽可能小的损耗和失真，以便于测试和辐射。

2.3实测结果

对电源部分的调试结果如表1所示。选择第二组输出电压加到三极管集电极，并调节可变电阻使三极管处于临界雪崩状态，此时加入TTL电平的激励信号，测得输出窄脉冲波形。其中所用示波器为HP的54503A，带宽500MHz，测试结果稍有失真。

表1调试结果

反馈分压电阻（单位：k)12203040.5

电源输出端的电压VSOURCE可调电阻取最大值500k时55332215

可调电阻取最小值0时100654229

由反馈控制产生的电压输出范围（单位：V）55～10033～6522～4215～29

超宽带范文篇2

关键词：UWB脉冲通信信号应用

UWB技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。

1超宽带信号及其特点

美联邦通信委员会(FCC)规定：

部分带宽号称为UWB信号。其中，部分带宽为信号功率谱密度在-10dB处测量的值。图1为UWB信号与窄宽信号功率谱密度的比较；UWB信号格式如图2所示。

一种典型的脉位调制(PPM)方式的UWB信号形式[1],[2]为：

Str(k)(t)表示第k个用户的发射信号，它是大量的具有不同时移的单周期脉冲之和。w(t)表示传输的单周期脉冲波形，可以为单周期高斯脉冲或其一阶、二阶微分脉冲，从该发射机时钟的零时刻(t(k)=0)开始。第j个脉冲的起始时间为。仔细分析每个时移分量：

（1）相同时移的脉冲序列：形式的脉冲表示时间步长为Tf的单周期脉冲，其占空比极低，帧长或脉冲重复时间Tf(FrameTime)的典型值为单周期脉冲宽度的一百到一千倍。类似于ALOHA系统，这样的脉冲序列极容易导致随机碰撞。

(2)伪随机跳时：为减少多址接人时的冲突，给每个用户分配一个特定的伪随机序列，称之为跳时码，其周期为Np。跳时码的每个码元都是整数，且满足。这样跳时码给每个脉冲附加了时移，第j个单周期脉冲的附加时移为秒。

由于读出单周期脉冲相关器的输出要占用一定的时间，NhTc/Tf应严格小于1。然而如果NhTc太小，那么多个用户接入时发生冲突的概率仍然会很大。相反，如果NhTc足够大且跳时码设计合理，就可以将多用户干扰近似为加性高斯白噪声AWGN(AdditiveWhiteGaussNoise)信号。

由于跳时码是周期为Np的周期序列，那也为Np周期序列，其周期为Tp=NpTf。跳时码的另外一个作用是使UWB信号的功率谱密度更为平坦。

(3)数据调制：第k个用户发送的数据序列｛di(k)｝为二进制数据流。每个码元传输Ns个单周期脉冲，这样增加了信号的处理增益。

在这种调制方式下，一个符号(或码元)的持续时间为Ts=NsTf。对于固定的脉冲重复时间Tf，二进制的符号速率Rs，为：

显然，采用上述信号的超宽带脉冲通信系统具有以下特点：信号持续时间极短，为纳秒、亚纳秒级脉冲，信号占空比极低(1％～0．1％)，故有很好的多径免疫力；频谱相当宽，达GHz量级，且功率谱密度低，故UWB信号对其他系统干扰小、抗截获能力强；UWB系统处理增益很高，其总处理增益PC为：

例如，当某二进制UWB通信系统Tf=1μs，Tc=1ns，Ns=100，比特速率Rs=10kbps时，该系统UWB信号的处理增益为50dB。与其他通信系统相比，其处理增益非常高。

另外，UWB信号为极窄脉冲的序列，故有非常强的穿透能力，可以辨别出隐藏的物体或墙体后运动着的物体，能实现雷达、定位、通信三种功能的结合，适合军用战术通信。

图3

2超宽带信号发射机、接收机基本结构

2．1发射机和相关接收机模型

与传统的无线收发信机结构相比，UWB收发信机的结构相对简单。如图3所示，在发射端，数据直接对射频脉冲调制，再通过可编程延时器件对脉冲进一步时延控制，最后通过超宽带天线发射出去。在接收端，信号通过相关器与本地模板波形相乘，积分后通过抽样保持电路送到基带信号处理电路中，由捕获跟踪部分、时钟振荡器和(跳时)码产生器控制可编程延时器，根据相应的时延产生本地模板波形，与接收信号相乘。整个收发信机几乎全部由数字电路构成，便于降低成本和小型化。

2．2Rake接收机模型

由于UWB信号需要用时域的方法进行分析，多用于户内密集多径(多径可达到30条)的条件下，而且每条路径的信号能量都很小，难以对每条信道做出估计，所以使UWB信号的Rake接收成为可能。Rake接收机使原来能量很小的多径信号经过能量合并后提高的信噪比提高系统性能。假设某UWB通信系统有Nu个用户，其发射信号分别为某接收机接收到的信号为r(t)，如果想得到第一个用户发送的数据，那么其Rake接收机的实现框图如图4所示。

图4

3UWB与其他几种无线个人局域网技术的比较

由于UWB技术的种种优点，使其成为无线个人局域网络WPAN(WirelessPersonalAreaNetwork)的主要技术之一。WPAN的目标是用无线电或红外线代替传统的有线电缆，以低价格和低功耗在10m范围内实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化信息网络。其最普遍的应用是连接电脑、打印机、无绳电话、PDA以及信息家电等设备。目前实现WPAN的主要技术有：IEEE802．11b(Win)、HomeRF、IrDA、蓝牙(Bluetooth)以及超宽带等五种。

从图5可以看出UWB技术的优势较为明显，主要不足是发射功率过小限制了其传输距离(如图6所示)。也就是说，10m以内，UWB可以发挥出高达数百Mbps的传输性能，对于远距离应用IEEE802．11b或HomeRF无线PAN的性能将强于UWB。UWB和同为热门的IEEE802．11b以及HomeRF不会进行直接竞争，因为UWB更多地是应用于10m左右距离的室内。事实上，把UWB看作蓝牙技术的替代者可能更为适合，因后者传输速率远不及前者，另外蓝牙技术的协议也较为复杂。

4国内外研究及发展情况

4．1国外研究现状

军用方面：早在1965年，美国就确立了UWB的技术基础。在后来的二十年内，UWB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UWB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UWB技术及其应用。2002年2月14日，美国联邦通信委员会(FCC)正式通过了将UWB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的进一步使用情况，并观望美国的UWB标准。

超宽带范文篇3

关键词:超宽带;同步;时间捕获;最大似然准则

0引言

超宽带(ultra-wideband,UWB)无线电的出现已有数十年的历史,但以前它仅仅应用在军事雷达和定位设备中。2002年2月14日,这项无线技术首次获得了美国联邦通信委员会(FCC)的批准,用于民用通信,从而引起了各国的广泛关注,迅速成为研究热点。目前国内外主要研究UWB在无线个人局域网(wirelesspersonalareanetwork,WPAN)中的应用,并已取得重大进展。

和其它所有通信体制一样,要建立UWB通信系统,首先要解决的是同步问题。为了降低信号的频谱密度,UWB系统往往通过多个帧来发送一个符号,每帧包含一个单脉冲信号,帧周期往往远大于脉冲周期。同步捕获的任务就是确定符号的位置以及每个符号的起始点。符号定时是建立同步的基础。并且由于在超宽带系统中,接收机一般利用Rake接收机分集接收,需要对信道多径分量的幅度和时延进行估计,符号定时的准确与否决定了估计的精度。然而,同步也正是UWB技术的一大难点。这主要是因为UWB信号为类脉冲信号,脉冲宽度窄,幅度低,通过滑动相关法搜索峰值的方法在多径信道环境下性能往往会受到影响,在应用跳时(TH)码的系统中尤其如此。而且由于在一个符号内要搜索数千个码片,所需要的采样率高达几GHz,捕获时间长,复杂度高[122]。

为了提高捕获速度,文献[3]提出了基于Markov链结构的序列搜索方式,文献[4]则利用Beacon码的相关特性来实现同步。但是这些算法的采样率仍然没有本质变化。由于UWB信号的重复发送使得无需对信号进行过采样就具有循环平稳特性,有人提出了基于循环平稳统计特性(cyclostationarity,CS)的盲估计算法[5-6],它可以降低采样速率,但是和所有的盲估计算法一样,有着收敛速度慢的缺点。文献[7]和文献[8]分别设计了训练序列,并在此基础上提出了各自的同步捕获算法,利用他们设计的训练序列可使算法大大简化。但是利用这些训练序列进行符号的捕获时,其相关峰不显著,符号捕获效果并不理想。并且,由于帧捕获是在符号捕获的基础上进行的,符号捕获的误差会进一步影响帧捕获的效果。

巴克码具有良好的自相关和互相关特性,在各种通信系统中得到了广泛应用。本文根据UWB信号的具体特点,在巴克码的基础上设计了一种适合UWB通信系统的训练序列。在此基础上,利用最大似然比(maximumlikely-hood,ML)准则对接收信号进行同步捕获。根据此算法,

仅需要每帧甚至每符号对接收机输出采样一次,就可以完成对接收信号的同步捕获,从而使得采样率大大降低,实现了UWB信号的快速捕获。同时,本文对估计结果的均方差以及相应的系统误码率进行了仿真,仿真结果表明,与上述算法相比,本文提出的算法可以在较短的训练序列下获得更高的同步性能。

1信号模型

UWB系统一般利用Nf帧来发送一个符号,每帧包含一个单脉冲信号。设帧周期为Tf,则符号周期Ts=NfTf,发送符号成形脉冲可以表示为式中:g(t)———单周期的短脉冲信号,其周期为Tg,实际系统中,一般Tf为Tg的数百倍。{cj}———伪随机跳时序列,Tc———码片周期,cjTc<Tf-Tg,Pj∈[0,Nf-1]。当调制方式为脉冲幅度调制(PAM),即发送符号bn∈{±1}时,发送信号可以表示为式中:Es———符号功率。

设多径衰落信道共包含L条反射路径,每条路径对应的增益用{αl}表示,时延用{τl}表示,并满足条件τ0≤⋯≤τL-1。为了保证多径信道不会引起ISI,通常有τL-1<Tf-2Tg。记τl,0=τl-τ0,接收端的接收信号可以表示为

式中:n(t)———高斯噪声。

接收机为相关接收机,参考信号为gs(t),对接收机输出进行采样间隔为Tf的采样,由于不知道接收信号的时间信息,采样初始时刻与接收信号的符号起始时刻之间存在着一定的偏差,设为θ,显然,θ与τ0对接收机的影响完全相同,因此可以作为一个整体看待。设采样时刻为nTs+mTf,令θ+τ0-mTf=nsTs+nfTf+ε,ns,nf=0,1,⋯,ε∈[0,Tf)

由于m在接收端为已知数,因此时间捕获的任务就是完成对未知的参数ns和nf的估计。

接收机在nTs+mTf时刻的采样值用x(n,m)表示

显然,由于尚未建立同步,x(n,m)将包含两个也只会包含两个发送符号的信息。令Rg(τ)=∫gs(t)gs(t-τ)dt,则Rg(τ)只有在τ∈(-Tg,Tg)时非零,脉冲功率为Eg。

当不存在跳时码时,由于τL-1<Tf-2Tg,那么对于任何ε∈[0,Tf),接收信号中的每一帧都只会跟与接收机模板的某一帧的相关值非零,这时接收机的输出可表示为

2算法描述

从式(4)可见,式中n(n,m)为高斯分布随机变量,As、ns与nf为未知参数。其中As包含了多个未知参数,但可以当作一个整体对待,ns与nf即为待估计的同步信息。显

然,这是一个典型的参数估计问题。

设训练序列集合为C,共包含M个训练符号。由于n(n,m)为高斯噪声,故似然函数可以用式(5)表示其对数似然函数可化简为

设满足条件bn=bn-1(1≤n≤M)的符号集合为C+,其对应的下标集合用Ω+表示,则有式中:EC+=Σn∈Ω+b2n-ns———用于ns估计的训练序列功率之和。

设满足条件bn=-bn-1(1≤n≤M)的符号集合为C-,其对应的下标集合用Ω-表示,则有显然,若ns已知,nf=0时上似然函数取最大值,因此,

nf的估计结果为由式(8)可以发现,符号的捕获其实就是相关码的捕获,显然捕获性能的好坏取决于相关码的特性。为此,选用自相关和互相关特性都很好的巴克码作为符号捕获的相关码。为了满足条件bn=bn-1(n∈Ω+),复制巴克码中的每个码元并将其置于被复制码元的前面。由式(9),帧捕获与相关码本身无关,只要求满足bn=-bn-1(n∈Ω-)即可。为了提高训练序列的利用率,在上述每一对符号间插入一个符号,该符号为其前一符号的相反数。可得训练序列结构如下。

C={a0,a0,-a0,a1,a1,-a1,⋯,aK-1,aK-1,-aK-1}

C+={a0,a1,⋯,aK-1}

C-={-a0,-a1,⋯,-aK-1}

式中:{a0,a1,⋯,aK-1}———一组巴克码,K———巴克码的长度,训练序列总长度M=3K。

此时,利用所有的训练符号来完成对UWB接收信号的捕获,式(8)和式(10)可以重新表示为当系统中添加了跳时码时,接收信号不能表示成式(4)相对简单的形式,因此ns与nf的估计也要复杂一些。但是对在跳时码存在与不存在的情况分别进行了仿真和比较。仿真参数设置如下:跳时码周期Tc=1ns,码元在[0,Nc-1]中均匀分布,Nc=90,其余系统参数与误码率性能仿真相同。仿真结果表明,跳时码的存在对本文上述算法性能影响不大,参见图1。事实上,由于采样值都是通过在一个符号周期内积分得到的,同时将As作为一个整体对待,内部的些许偏差不会对整体性能带来大的影响。这一论点在文献[2]中也得到了论证。

3仿真分析

为了对本文提出的算法进行进一步的验证和分析,我们在Matlab615平台上对算法进行了仿真。选择的脉冲形状为高斯脉冲的二阶导,周期为Tg=1ns。多径信道的模型根据参考文献

[9-10]中的描述建立。多径的到达服从泊松分布,每条路径的幅度均服从瑞利分布,最大多径扩展时延为48ns。系统模型中,用20帧来发送一个符号,即Nf=20,Tf=50ns。仿真过程中,训练序列的起始时间基准点θ在[-Ts,(K-1)Ts]中随机选取,这也就意味着ns、nf和ε分别在[-1,K-1]、[0,Nf-1]和[0,Tf]中均匀分布。信噪比定义为符号功率与噪声功率的比值,调制方式为脉冲幅度调制。

首先,选用不同长度的巴克码生成训练序列,分别对其同步估计结果的均方差(MSE)进行了仿真,K分别等于3,5,7,11,对应的巴克码分别为{-1,-1,1},{-1,-1,-1,1,-1},{-1,-1,-1,1,1,-1,1}和{-1,-1,-1,1,1,1,-1,1,1,-1,1},仿真结果如图2所示。仿真结果表明,SNR越大,估计性能越好。同样训练序列长度越长,估计均方差也越小。这是因为训练长度越长,一次估计中可利用的有用信号越多,相当于信噪比得到了提高。因此,当系统要求在信道环境较为恶劣的情况下进行通信,适当增加训练序列的长度可以保证同步的性能。与文献[7-8]的仿真结果对比,可以发现,在本文设计的训练序列基础上实现的同步捕获,性能与理想符号捕获前提下的帧捕获的性能相差无几。

接着,仿真了不同巴克码长度下利用本算法实现同步对系统误比特率(BER)的影响,并与没有同步的系统误码率以及理想同步捕获的系统误码率进行了比较。为了更好地说明同步误差对系统的影响,仿真时在同步后添加了理想的信道估计模块。仿真结果如图3所示。从图中同样可以看到,SNR越大,训练序列越长,系统BER越小。而且,即使在只有K=3的情况下,本算法也能大大提高系统性能。当K=11时,系统性能与理想情况下已经相差无几。

4结束语

本文针对UWB技术的难点之一———同步捕获问题进行了深入的分析和研究。针对UWB信号的具体特征,充分利用巴克码的相关特性,设计了一种结构简单的训练序列。在此基础上建立了一种基于ML准则的UWB同步捕获算法,并对其性能进行了仿真和分析。该算法的采样率为帧速率处于同一量级,避免了高达数GHz的采样速率,从而大大降低了同步实现的复杂性,能够实现快速同步。仿真结果表明,在较短的训练序列的情况下,利用该算法就可以达到较高的同步性能,当训练序列较长时,采用本算法的系统误码率与理想捕获情况下的系统误码率相差无几,具有优良的性能。

参考文献:

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超宽带范文篇4

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，蓝牙技术的十分之一。

（3）传输速率高。极宽的带宽使UWB具有很高的传输速率，一般情况下，其最大数据传输速度可以达到几百Mbps～1Gbps。美国英特尔公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上对该技术进行了演示，在数米的距离内传输速率可达100Mbps。

（4）隐蔽性好，安全性高。由于UWB信号的带宽很宽，且发射功率很低，这必然使该项通信技术具有低截获能力LPD（LowProbabilityofDetection）的优点。另外超宽带还采用了跳时TH（TimeHopping）扩频技术，接收端必须在知道发射端扩频码的条件下才能解调出发送的数据信息。

（5）多径分辨能力强。从时域角度看，超宽带系统采用脉冲宽度为几纳秒的窄信号，因此具有很高的时间分辨力，相应的多径分辨率小于几十厘米；从频域的角度分析，由于UWB信号的带宽极宽，所以信号在传输过程中出现频率选择性衰落出现是一定的。然而正是因为极宽的带宽，多径衰落只在某些频点处出现，从整体上考虑，衰落掉的能量只是信号总能量很小的部分，所以该技术在抗多径方面仍具有鲁棒性。

（6）系统容量大。香农公式给出

C=Blog2(1+S/N)(4)

可以看出，带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应，这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。

（7）高精度的距离分辨力。由于超宽带定位设备的时间抖动小于20ps，如果采用GPS相同的工作原理和算法，相应的距离不确定性小于1cm。而在实际应用中，超宽带雷达系统使用的超窄脉冲信号，其距离分辨率小于30cm。

（8）穿透能力强。在具有相同带宽的无线信号中，超宽带的频率最低，因此，它在具有大容量和高距离分辨率的同时相对于毫米波信号具有更强的穿透能力。

3UWB信号的调制方式

UWB的调制方式有许多，以脉冲调制PPM（PulsePositionModulation）为例作为一个举例分析。

首先定义一个单周期脉形：

s(k)代表信号kth,w(t)为传输的单周期脉冲。

将其移至每一帧的开始：

Tf代表脉冲重复周期，j表示第j个单脉冲。

加入伪随机跳时码：

最后加入调制数据：

其中，d(k)是信息数据，δ为时移。为了满足多用户的需求，提高通信的安全性和对系统功率谱密度PSD（PowerSpectralDensity）的考虑，引入了跳时码，下面就从功率谱密度的角度来分析这个问题。

假设采用图1（a）给出的高斯单脉冲作为发送信号，且只是一串周期性的脉冲序列，由于时域信号的周期性导致其频域出现了强烈的能量类峰，这些类峰将对现存传统的无线信号造成干扰。因此需要采取某种措施将其平滑。如果采用PPM调制对脉冲的位置做出调整，可以看到：由于调制的置乱效果，频域的尖峰得到了一定的控制，但此时仍比较明显。为了进一步降低类峰的幅度，引入跳时码，这样发送信号的功率谱就会得到进一步的平滑，几乎近似于背景噪声，这也正是UWB系统能与现存无线系统并存的原因之一。图2给出了上述不同信号的PSD图和引入跳时码后的时域波形。

除PPM外，UWB信号还可以采用脉幅调制PAM（PulseAmplitudeModulation），开关键OOK（On-OffKey）和二相移键控BPSK（Bi-PhaseShiftKey）等。在接收端，单脉冲信号可以通过相关技术实现可靠接收。实际应用中常使用相关器（correlator），它用准备好的模板波形乘以接收到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。相关器输出的是接收到的单周期脉冲和模板波形的相对时间位置差，从输出中寻找时间位置差为0的即为要接收的信号。

为了追求更高效率的信息传输，近来人们提出了一种新型脉冲调制方式——脉形调制PSM（PulseShapeModulation）。PSM就是对脉冲的形状进行调制从而实现信息的载荷，因此脉冲形状的选择是十分重要的。它的提出得益于人们对hermite多项式的研究。由于hermite多项式的数学表达式与高斯单脉冲很接近，而且随着阶数的变化，波形的持续时间不会有很大的变化，因此人们便想到了用hermite多项式数的变化产生形状各异的脉冲，实现多元化的调制。为了寻求正交的波形，需对hermite多项式进行修正，即：

经过改动之后，便可以得到彼此正交的各阶hermite多项式了。这时可以在发送端同时发送n个不同形状的单脉冲，正交性使其互不干扰，接收端用相关接收技术即可把每一个信号分离出来。

图3给出了改进型hermite多项式时域波形。与此同时还可以通过搭建simulink电路得到想要的各阶hermite多项式脉冲。如图4给出了搭建电路和仿真波形。在simulink电路中，Hermite多项式的阶数由脉冲阶数单元控制，示波器1、2给出相应阶数和相应阶数减1阶的hermite脉形。

传输效率的提高带来系统性能的下降，这是许多系统所不能容忍的，因此需要进行编码。首先在形域采用BCH（7，4）对信号编码，这样一来传输速率是单脉冲的4倍，而误码性能则与单脉冲基本相同，随后在时域对信息帧进行BCH（31，11）编码，使性能进一步提高，最后还可以在时域和形域联合编码，误码性能会得到大幅度的改善，而传输效率仍然高于单脉冲系统。性能曲线如图5所示。

4应用前景和发展方向

凭借自身的众多优势，超宽带技术具有广阔的应用前景，UWB首先在美国军方和政府部门得到了实质性关注，并迅速应用于美国军队的无线电台组网（Adhoc）和高精度雷达检测系统中。2002年2月FCC准许UWB技术进入民用领域，条件是：“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz（换算成功率则为1mW/MHz）的条件下，可将3.1G～10.6GHz的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测距和无线数据通信”。尽管该技术在应用中有如此多的限制，但它仍受到广大电信开发商的青睐。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已经向IEEE-802.15委员会提出了采用超宽带技术的议案，众多公司的研究部门乃至学校也都将该技术的研究提到了日程中来。许多现已成熟的技术纷纷与UWB进行结合，如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等，有的公司甚至已经利用这些技术生产出了实际的民用产品。

图4

笔者把超宽带技术的应用归纳为短距离无线通信、雷达探测和精确定位三个最主要的方面。其中在短距离无线通信中可用于密文传送、音/视频流传输、射频标签识别以及无中心自纺织网络（Adhoc）的物理层等领域；雷达方面主要用作防撞雷达检测、精密测高学、穿墙成像和探地雷达系统；精确定位则可用于资源跟踪和全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）。由此可见，UWB技术的背后蕴藏着巨大的商机。

当然，超宽带技术若要真正用于人们的日常生活，还有许多极具挑战性的课题，这也是超宽带技术近来乃至今后很长一段时间内研究和发展的方向。

（1）建立时域内的超宽带无线电发射器的模型，从时域角度设计天线的传输函数；

（2）研究超宽带信号产生和基本功能的优化；

（3）研究低电平赶宽带无线电信号集合而千万的干扰，有效平衡功率和通信范围的关系；

（4）超宽带跳时码的研究；

（5）研究移动Adhoc网络协议和路由协议，将超宽带技术应用于分布式的网络结构、盲捕获和自配置功能中；研究适用于超宽带类似于“蓝牙”系统的组网协议；

（6）研究基于超宽带无线电传输技术的无线IP协议；

（7）研究超宽带无线电的测试技术，包括传输信道的测试、估计、信道模型等。

超宽带范文篇5

超宽带技术顾名思义，是指占用带的宽度大于中心频率的25%，或宽度在500MHz的新型无线发展技术，在宽带的支持下形成较高的传输速率。其应用广泛，不单单在有线数字行业，在军事领域也占据一席之地。区别于以往的信号传输，其在传输的过程中摆脱了载波的限制，自动产生脉冲信号，利用脉冲信号进行调制，最终形成几兆赫兹的脉冲信号波形，是传统模式宽带所无法企及的。

2超宽带技术的优势分析

超宽带技术之所以得到广泛应用是基于其自身强大的优势。与传统的数字电视系统相比，其首先是频谱宽度较大，不会消耗过多的功率。其次具有一定的隐蔽性，具有较高的安全系数。接着其具有超强的多晶分辨能力，填补了数字电视这方面的空白。最后其具有强大的系统容量，可以对更多的资源与信息进行存储。

3有线数字电视中超宽带技术的应用分析

3.1超宽带信号在有线电视中的传输应用

目前我国有线数字电视采用三种方式进行信号传输，时间分割方式、频率分割方式及空间分割方式，三者各有优劣，使用比较广泛是前两种。超宽带技术能借助传播媒介以近似于噪音的信号形式进行传播，功率较低，对其他同频的信号干扰影响比较微弱。新型的超宽带技术，其信号在进行有线电视传输中，功率低，耗能小，无噪音，实现了声音与图像的高品质传输。此外，超宽带技术帮助信号在较宽的无线电频谱中传输，功率消耗低，几乎不具有干扰性。目前我国大多数的同轴电缆宽带使用中，采取的都是超宽带技术。目前我国还有部分地区使用CATV的传统电视系统，针对这种情况，超宽带技术也显示出强大的优势，在确保不会干扰其他电视基本信号的基础下，其能够使用噪音更小的信号对同轴电缆范围内的电视节目信号进行有效传输，不会过多占用其他的信号道资源。在目前通行的超宽带技术中有一项技术比较先进，使用效果明显，这就是超宽带技术中的应用码分多址技术。这项技术中包含大量的电视用户，即使在封闭的电缆环境中，其可以完成对信号的传输，不涉及对其他信号道的干扰，更不用考虑其他信号道对其产生的干扰，具有极强的独立与对抗性。

3.2基于有线电视网络的超宽带无线个人局域网应用分析

目前，网络的使用更多的是得益于局域网（WPAN），新型的局域网往往是小范围内的数据网络，又被称为LAN无线个人区域、个人局域网、家庭或小型办公室网络。其最大的优势是实现短距离的无线通信，这是计算机网络技术的一项技术新突破。在与现有的有线互联网技术竞争中，其竞争优势越来越明显，摆脱网络线的束缚，其使用更方便，更随心所欲。通过取代现有的有线互联网技术，其可以实现信息的终端网络智能化，组建成小型的办公网络或者家庭网络。在WPAN中竞争最为激烈的是UWB技术。目前我们广泛使用的有线数字电视网络就可以实现对无线个人区域网络的网络接入提供渠道，实现多媒体数据服务于传统的电视传输。机顶盒与WPAN的联网使用，使得增值服务领域不断扩大，市场应用更加广泛。作为便携式的短距离互联设备，WPAN通信设备的覆盖半径一般在10米以内，对于传统的无线局域网来说其信号覆盖率较低。作为短距离的互联设备其能够对QoS提供特殊性的连接多媒体服务，使得其进入与离开现有网络十分简单、方便。其具有的先进电源管理功能，节省大量的电池电量，耗能低。独特的物理层设计使得短距离的通信性能更加优越，其还兼具低成本与低复杂度的优势，对于55MBs的数据传输速度也能高度支持，并最终输出高品质的音频与视频资源。目前高速度的WPAN应用程序有两大分类，一种为高品质的实时视频数据，另一种为涉及大量文字数据的WPAN应用程序。数字电视、数码产品、录音设备、打印机、计算机之间的通信急需特殊的连接设备，最终保证达到20MBs以上的数据传输速率，保证客户对数字电视的需求满足。利用超宽带技术改良后的有线电视系统实现双向传输，形成最具潜力的WPAN内容供应商，及超宽带技术的应用使得电视可以获取众多的数字电视节目、专业视频点播、网络资源自由选择等一系列衍生功能。基于超宽带技术的WPAN网络拥有覆盖面积小、安全性能好的诸多优势，进而使得有线电视本身的网络安全也得到了充分保障。

4结论

超宽带范文篇6

关键词：UWB脉冲通信信号应用

UWB技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。

1超宽带信号及其特点

美联邦通信委员会(FCC)规定：

部分带宽号称为UWB信号。其中，部分带宽为信号功率谱密度在-10dB处测量的值。图1为UWB信号与窄宽信号功率谱密度的比较；UWB信号格式如图2所示。

一种典型的脉位调制(PPM)方式的UWB信号形式[1],[2]为：

Str(k)(t)表示第k个用户的发射信号，它是大量的具有不同时移的单周期脉冲之和。w(t)表示传输的单周期脉冲波形，可以为单周期高斯脉冲或其一阶、二阶微分脉冲，从该发射机时钟的零时刻(t(k)=0)开始。第j个脉冲的起始时间为。仔细分析每个时移分量：

（1）相同时移的脉冲序列：形式的脉冲表示时间步长为Tf的单周期脉冲，其占空比极低，帧长或脉冲重复时间Tf(FrameTime)的典型值为单周期脉冲宽度的一百到一千倍。类似于ALOHA系统，这样的脉冲序列极容易导致随机碰撞。

(2)伪随机跳时：为减少多址接人时的冲突，给每个用户分配一个特定的伪随机序列，称之为跳时码，其周期为Np。跳时码的每个码元都是整数，且满足。这样跳时码给每个脉冲附加了时移，第j个单周期脉冲的附加时移为秒。

由于读出单周期脉冲相关器的输出要占用一定的时间，NhTc/Tf应严格小于1。然而如果NhTc太小，那么多个用户接入时发生冲突的概率仍然会很大。相反，如果NhTc足够大且跳时码设计合理，就可以将多用户干扰近似为加性高斯白噪声AWGN(AdditiveWhiteGaussNoise)信号。

由于跳时码是周期为Np的周期序列，那也为Np周期序列，其周期为Tp=NpTf。跳时码的另外一个作用是使UWB信号的功率谱密度更为平坦。

(3)数据调制：第k个用户发送的数据序列｛di(k)｝为二进制数据流。每个码元传输Ns个单周期脉冲，这样增加了信号的处理增益。

在这种调制方式下，一个符号(或码元)的持续时间为Ts=NsTf。对于固定的脉冲重复时间Tf，二进制的符号速率Rs，为：

显然，采用上述信号的超宽带脉冲通信系统具有以下特点：信号持续时间极短，为纳秒、亚纳秒级脉冲，信号占空比极低(1％～0．1％)，故有很好的多径免疫力；频谱相当宽，达GHz量级，且功率谱密度低，故UWB信号对其他系统干扰小、抗截获能力强；UWB系统处理增益很高，其总处理增益PC为：

例如，当某二进制UWB通信系统Tf=1μs，Tc=1ns，Ns=100，比特速率Rs=10kbps时，该系统UWB信号的处理增益为50dB。与其他通信系统相比，其处理增益非常高。

另外，UWB信号为极窄脉冲的序列，故有非常强的穿透能力，可以辨别出隐藏的物体或墙体后运动着的物体，能实现雷达、定位、通信三种功能的结合，适合军用战术通信。

图3

2超宽带信号发射机、接收机基本结构

2．1发射机和相关接收机模型

与传统的无线收发信机结构相比，UWB收发信机的结构相对简单。如图3所示，在发射端，数据直接对射频脉冲调制，再通过可编程延时器件对脉冲进一步时延控制，最后通过超宽带天线发射出去。在接收端，信号通过相关器与本地模板波形相乘，积分后通过抽样保持电路送到基带信号处理电路中，由捕获跟踪部分、时钟振荡器和(跳时)码产生器控制可编程延时器，根据相应的时延产生本地模板波形，与接收信号相乘。整个收发信机几乎全部由数字电路构成，便于降低成本和小型化。

2．2Rake接收机模型

由于UWB信号需要用时域的方法进行分析，多用于户内密集多径(多径可达到30条)的条件下，而且每条路径的信号能量都很小，难以对每条信道做出估计，所以使UWB信号的Rake接收成为可能。Rake接收机使原来能量很小的多径信号经过能量合并后提高的信噪比提高系统性能。假设某UWB通信系统有Nu个用户，其发射信号分别为某接收机接收到的信号为r(t)，如果想得到第一个用户发送的数据，那么其Rake接收机的实现框图如图4所示。

图4

3UWB与其他几种无线个人局域网技术的比较

由于UWB技术的种种优点，使其成为无线个人局域网络WPAN(WirelessPersonalAreaNetwork)的主要技术之一。WPAN的目标是用无线电或红外线代替传统的有线电缆，以低价格和低功耗在10m范围内实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化信息网络。其最普遍的应用是连接电脑、打印机、无绳电话、PDA以及信息家电等设备。目前实现WPAN的主要技术有：IEEE802．11b(Win)、HomeRF、IrDA、蓝牙(Bluetooth)以及超宽带等五种。

从图5可以看出UWB技术的优势较为明显，主要不足是发射功率过小限制了其传输距离(如图6所示)。也就是说，10m以内，UWB可以发挥出高达数百Mbps的传输性能，对于远距离应用IEEE802．11b或HomeRF无线PAN的性能将强于UWB。UWB和同为热门的IEEE802．11b以及HomeRF不会进行直接竞争，因为UWB更多地是应用于10m左右距离的室内。事实上，把UWB看作蓝牙技术的替代者可能更为适合，因后者传输速率远不及前者，另外蓝牙技术的协议也较为复杂。

4国内外研究及发展情况

4．1国外研究现状

军用方面：早在1965年，美国就确立了UWB的技术基础。在后来的二十年内，UWB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UWB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UWB技术及其应用。2002年2月14日，美国联邦通信委员会(FCC)正式通过了将UWB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的进一步使用情况，并观望美国的UWB标准。

超宽带范文篇7

1．1完善基础设施

基础设施的完善使互联网的应用更加大众化和平民化，宽带的上网速度也不断提升，从过去的拨号上网到现在的光纤上网，网络视频化的发展更加流畅和高效。现在每一个居民小区都有宽带上网线路，网络成为群众日常生活的重要部分，无线端网络和APP播放软件的应用，使网络和视频的结合更加紧密，方便快捷的视频播放是现代互联网发展的趋势。

1．2骨干网络的扩容

宽带技术的发展与普及使宽带用户逐渐增多，因此对骨干网络的技术和流量的要求也更高，对骨干网络多次进行扩容和升级，可以确保用户正常使用宽带，尤其是科技的发展使承载的网络能够开展多种差异化服务，满足用户的个性化需求。现在不同的终端接入模式也在发展，尤其是智能手机的普及使网络的运用更加广泛，路由器转化设备的出现使多个终端设备共同上网，满足学习和娱乐的需求。

2有线电视技术与宽带技术的融合发展

2．1发展的背景

现在由于网络电视的发展，部分年轻人已经脱离有线电视的观看，网络的视频和媒体占据了他们的生活，同时很多网络电视也进入了现代人的生活，因此加速了互联网技术与宽带技术的融合发展。

2．2历史发展状况

中国的有线电视行业发展很多年，在发展中电视技术不断进步，电视行业有了固定的用户群体，加上电视节目具有丰富性和多样性的特点，使电视行业成为世界上规模最大、发展前景最广的网络延伸，但是网络的发展前期只是运用于商业发展和科技文化，民用的互联网技术发展缓慢，前期与有线技术结合的机会很少，加上早期的宽带网速不足以支撑视频播放的速度，宽带走的是流量费用，导致有线电视与宽带技术的融合缓慢而滞后。

2．3两者的相互融合

伴随着电视行业的不断发展，当前点播电视行业的发展涉及增值业务服务能力的提升，目前一些专项的电视节目是收费点播才能够观看，增值服务的发展方向应该包含3个层面:一是内容的增值，二是业务的增值，三是性能和功能的增值，这些服务都需要和宽带业务中的数字媒体联系，并通过超宽带的数字转化来提升观众的多项需求。比如超宽带技术的运用，超宽带技术与传统的窄带无线传输技术以及3G蜂窝通信中的扩频宽带技术有很大的区别，它不需要载波就能直接调制脉冲信号，其带宽远远大于目前的任何商业无线通信技术所占用的带宽。超宽带技术频谱宽、功耗低，隐蔽性非常好，且安全系数高，具有多径分辨能力和极大的系统容量，现在超宽带技术已经在商业多媒体设备、个人网络以及家庭方面得到应用和认可。

3有线技术和宽带技术的融合策略

有线电视和宽带技术在业务方面逐渐融合，业务的重合度也在逐渐加大，两种技术都是适应用户的需求逐渐发展，加上政府的扶植和引导，技术的融合度也越来越高，但是两者还是有很大的不同，要想融合在一起不是一朝一夕就能完成的，要有长期的适应和发展过程。

3．1一致化的技术规范

有线电视和宽带都有自己的发展史，其技术规范和技术运用都有自己的特点，这种差异性会在两种技术的融合中形成障碍，所以在技术参数和技术标准等方面要有统一的数据要求，规范的制定要考虑到两种技术的特点以及改造中存在的难点，采用折中的方案，以提升两种技术相互融合的速度。

3．2技术融合的引导性

两者的发展要借助外界的引导，需要发挥政府部门的相关职责，有效地推动两者的技术融合，实现我国三网融合的技术发展，政府应做到下面两点:开展技术融合的时候加以引导而不要干预过多，起到牵线搭桥的作用就可以，因为两者都有自己的特点和发展计划，干预过多会影响两者的融合速度;要执行相应的法律法规。

3．3多项合作模式共赢

电视有线技术和宽带技术的发展开启了两者合作共赢的模式，两种技术的融合、合作模式的建立让互联网和有线电视网络都有发展，比如建立两者都能够运用的网络设施，降低单方面的用户成本，同时对两个网络中的固有用户以及新增用户提供相应的优惠措施，吸引更多的用户运用技术融合后的网络资源，在技术和业务方面形成有效互补，因为有线技术和宽带技术都有自己独特的优势，两者的资源优势互补能够有效提升资源利用率，形成资源合作共赢模式，在技术和业务合作的过程中，更要发展其他方面的合作，这样才能够让两者完美融合。

4结束语

超宽带范文篇8

一、研究专题和期限

专题一：FPGA器件、配套软件系统及其测试技术的研发

（一）研究目标与内容

研究目标：

研发基于自主知识产权的FPGA器件，实现器件与配套软件的产品化，并在通信、消费类电子、汽车电子、工业控制、互联网信息安全等领域得到应用。研制与国际主流芯片兼容的抗辐照百万门级FPGA，能够满足航空、航天等应用工程的需求。

研究内容：

1.高性能FPGA器件系统：FPGA器件结构研究，FPGA配套EDA软件研究，FPGA的封装测试技术研究。

2.百万门级FPGA关键技术：百万门级抗辐照FPGA器件及其配套EDA设计系统的研究，满足航空、航天等应用工程的需求；

3.多核平台化百万门级FPGA器件的开发及其配套EDA设计系统的研究；

4.FPGA产品化及产业化应用推广技术：完成高性能FPGA的产品化，实现其在通信、消费类电子、汽车电子、工业控制、互联网信息安全等领域的应用。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成。

专题二：便携式多媒体终端、数字电视中相关芯片及模块研发

（一）研究目标与内容

研究目标：

基于国内主流集成电路制造工艺，研发便携式多媒体终端和数字电视中的相关芯片、模块与解决方案，实现高性能、低功耗，并得到实际应用。

研究内容：

1.研究数字电视各类标准的低功耗、低成本和高性能编、解码算法及其IP核的实现，通过对各类IP的集成及其配套软件开发，形成移动数字电视和手持多媒体终端芯片开发的SoC平台及其应用。

2.研究无线信道解调关键技术，研发融合地面国标和手机电视功能的信道解调模块（芯片），并为终端厂商提供单模块解决方案。

3.研究高性能的参数可调图像缩放算法、接口技术、图像抖动处理、伽玛校正与过驱动处理等功能模块专有技术；开发图像控制、处理专用芯片以及将各种处理技术融合的SoC芯片及应用系统。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成。

专题三：模拟及接口电路产品与应用解决方案研发

（一）研究目标与内容

研究目标：

以通信，消费类电子，计算机及计算机接口设备的市场应用为目标，设计和研发基于国

内亚微米BCD等工艺技术的模拟及数字模拟混合集成电路产品。开发多系列绿色节能电源

管理芯片产品及整体电源管理解决方案。

研究内容：

1.平板显示器电源管理系统中AC/DC、DC/AC控制、大功率白光LED驱动集成电路和开关系列芯片开发及应用解决方案，实现较高的节能降耗水平。

2.适合于便携式电子产品应用的模拟及接口集成电路芯片及应用解决方案。

3.面向便携式设备的多模直流电压变换控制芯片的开发。

4.应用多媒体接口的多媒体数据矩阵电路以及相关的ESD+EMI保护电路。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成。

专题四：宽带通信领域核心IP和集成电路特种工艺设计技术的研究

（一）研究目标与内容

研究目标：

围绕国内超深亚微米工艺发展重点，开发宽带通信与接入系统用成套电路和关键IP核研究；研究纳米级工艺SoC设计所必需的关键技术、特种工艺设计技术和整体解决方案。

研究内容：

1.新型宽带无线通信与接入系统的射频收发机芯片和关键IP核研究，研发相应的模块、系统解决方案及终端产品；数字基带关键算法研究及其VLSI实现研究，完成相应关键IP核的嵌入式应用。

2.利用无线局域网实现有线电视网络数字视频信息传输（EoC）的芯片研发。

3.面向下一代有线电视网络的550MHz～1.2GHz的多载波宽带接入成套芯片及音视频宽带应用SoC芯片研究。

4.用于通讯、汽车电子、太阳能利用等领域的特种设计技术，专用控制芯片及应用系统的研发。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成。

专题五：超宽带无线通信关键射频集成电路、核心IP研究与实现

（一）研究目标与内容

研究目标：

基于CMOS工艺技术，研究应用于MB-OFDM超宽带（UWB）系统的射频收发集成电路，提出MB-OFDM-UWB系统的射频收发集成电路解决方案，以支持数据传输速率达到100Mbps以上，传输距离不小于10米的超宽带通信系统，实现超宽带技术在数字家庭无线互连、多媒体视频传输等短距离无线通信领域的应用。

研究内容：

1.研究针对OFDM超宽带体系（工作频段为3.1GHz～4.8GHz或更高）的CMOS射频收发器、快速跳频的频率综合器等关键射频及混合信号集成电路设计及实现技术。

2.开发相应的超宽带ASIC或SoC芯片，特别是超宽带射频芯片。

3.研制超宽带无线通信试验系统。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成。

二、申请方式

1、本指南公开。凡符合课题制要求、有意承担研究任务的在*注册的法人、自然人均可以从“*科技”网站（）上进入“在线受理科研计划项目可行性方案”，并下载相关表格《*市科学技术委员会科研计划项目课题可行性方案（*版）》，按照要求认真填写。

2、申报单位应具备较强技术实力和基础，具备实施项目研究必备条件及匹配资金；鼓励产学研联合申请，多家单位联合申请时，应在申请材料中明确各自承担的工作和职责，并附上合作协议或合同。

3、课题责任人年龄不限，鼓励通过课题培养优秀的中青年学术骨干。课题责任人和主要科研人员，同期参与承担国家和地方科研项目数不得超过三项。

4、已申报今年市科委其它类别项目者应主动予以申明，未申明者按重复申报不予受理。

5、每一课题的申请人可以提出不超过2名的建议回避自己课题评审的同行专家名单（名单需随课题可行性方案一并提交）。

6、本课题申请起始日期为*年6月4日，截止日期为*年6月25日。课题申报时需提交书面可行性方案一式4份，并通过“*科技”网站在线递交电子文本1份。书面可行性方案集中受理时间为*年6月19日至25日，每个工作日上午9：00～下午4：30。所有书面文件请采用A4纸双面印刷，普通纸质材料作为封面，不采用胶圈、文件夹等带有突出棱边的装订方式。

7、网上填报备注：

（1）登陆“*科技”网，进入网上办事专栏；

（2）点击《科研计划项目课题可行性方案》受理并进入申报页面：

-【初次填写】转入申报指南页面，点击“专题名称”中相应的指南专题后开始申报项目（需要设置“项目名称”、“依托单位”、“登录密码”）；

-【继续填写】输入已申报的项目名称、依托单位、密码后继续该项目的填报。

超宽带范文篇9

关键词：宽带；移动通信；端部加载技术；双套筒技术；全向

0引言

新的通信技术，尤其是扩频技术、跳频技术以及捷变频系统需要尽可能宽的天线带宽[1]。更大的信道容量以及更快的数据传输速率也同样需要超宽带天线作为后盾[2]。近些年来，天线设计者们设计了很多用于移动通信的宽带天线，它们通常是贴片天线或者偶极子天线[3]，而水平全向的双套筒天线并不多见。对于传统套筒天线，由于其内部振子半径到套筒半径的突变，通常会导致阻抗匹配不够理想，带宽较窄。通常VSWR<2或VSWR<2.5，甚至VSWR<3[2][4]-[6]，这会带来超过30%的电压反射，在大功率情况下会严重影响系统的性能。而在VSWR<1.5的前提下，传统套筒天线的带宽将变得更窄，难以满足现代通信需求。因此，基于传统套筒天线带宽不足的现状及现代通信的需求，迫切需要设计出新型的匹配良好的超宽带天线。图1给出了该新型宽带双套筒天线的建模结构图和截面图。其中，套筒下端振子伸出的部门为端部加载部分。该天线各结构尺寸参数如表I所示。

1新型宽带双套筒天线的仿真与实测结果

如图2所示，该天线综合运用了端部加载技术和双套筒技术[7]，在VSWR<1.5的前提下，其工作频率范围为1.177GHz~1.851GHz，即其阻抗带宽为1.57:1，相对带宽为44.5%；在S11<-10dB的情况下，其工作的频率范围为0.796~2.773GHz，即其阻抗带宽为3.48:1，相对带宽为110.8%。仿真工作频率范围及带宽总结如表II所示。图2.仿真S11曲线表II新型宽带双套筒天线仿真工作频率范围及带宽由图3给出的在0.8GHz、1GHz、2.7GHz处的三维远场方向图可以看出，该天线具有与对称振子天线相似的方向图，即在H面具有全向的辐射特性，且在水平方向具有最大增益。图3新型宽带双套筒天线的三维远场方向图为了验证理论仿真的正确性，按照仿真模型尺寸加工出了工作中心频率为1.6GHz的天线模型。加工出的实物天线如图4所示。图4新型宽带双套筒天线实物图由图5，新型宽带双套筒天线实测与仿真S11的对比曲线，可以看出，在S11<-10dB的条件下，测得该双套筒天线的工作频率范围为0.783GHz~2.72GHz，即阻抗带宽为3.47:1，相对带宽为110.6%。其三个谐振点分别为1GHz，1.6GHz和2.5GHz。在VSWR<1.5的前提下，其工作频率范围为0.86GHz~2.07GHz，即阻抗带宽为2.41:1，相对带宽为82.6%。测试结果总结如表3所示。同时，由图5可以看出，实测曲线与仿真曲线的变化趋势是基本一致的，从而进一步证明了该天线结构可以拓展天线带宽的正确性。

2结论

在本文中，采用端部加载技术和双套筒技术，设计并制作了一个可以同时覆盖2G，3G，4G移动通信的宽带双套筒天线。天线端部加载部分对振子天线输入阻抗的虚部起到了抵消的作用，从而使天线的阻抗曲线变化平缓，达到了拓宽天线阻抗带宽的目的。对加工后的实物天线进行测试，结果表明在S11<-10dB的条件下，该天线的工作频率范围为0.783GHz~2.72GHz，及阻抗带宽为3.47:1，相对带宽为110.6%。在VSWR<1.5的前提下，其工作频率范围为0.86GHz~2.07GHz，即阻抗带宽为2.41:1，相对带宽为82.6%。该天线同时兼具传统振子天线所具有的水平全向辐射特性。实测结果与仿真结果基本吻合，证明了端部加载技术和双套筒技术的有效性。端部加载技术和双套筒技术可以为宽带天线的结构设计提供新思路，具有较高的研究价值。该天线可以同时覆盖2G，3G，4G移动通信频段且具有水平全向的辐射特性，适合用作移动通信中的农村话务基站天线。它解决了传统基站天线阻抗带宽不够，需要多副天线来覆盖很宽的频率范围，且在小空间内天线之间相互产生邻近效应的问题，具有很高的适用性。

作者:郎少波 袁 斌 李 翀 熊 俊 付 云 梁鹏飞 单位:上海交通大学

参考文献

[1]ThomasKG,LeninN,SreenivasanM.Wide-banddualsleeveantenna[J].IEEEtransactionsonantennasandpropagation,2006,54(3):1034-1037.

[2]XuLinQuan,RongLinLi,SeniorMember,IEEE,andManosM.Tentzeris.ABroadbandOmnidirectionalCircularlyPolarizedAntenna[J].IEEEtransactionsonantennasandpropagation,VOL.61,NO.5,May2013:943-947

[3]YuehuiCui,RongLinLi,PengWang.Anovelbroadbandplanarantennafor2G/3G/LTEbasestations[J].IEEEtransactionsonantennasandpropagation,VOL.61,NO.5,May2013:2767-2774

[4]WuW,YinY,ZhaoY,etal.Aminiaturizedlow-profileantennaforWLANcommunications[J].Microwaveandopticaltechnologyletters,2010,52(6):1384-1386.

[5]XulinQuan,RongLinLi,ManosM.Tentzeris.ANovelBroadbandOmni-DirectionalCircularlyPolarizedAntennaforMobileCommunications[C].IEEEAntennasandPropagation(APSURSI),2011:1777-1779

超宽带范文篇10

关键词超宽带(UWB)；脉冲无线电；IR；OFDM；DS-UWB

美国联邦通信委员会FCC（FederalCommunicationsCommision）于2002年2月14日通过了一项曾经只应用于军事和政府部门，现今可民用化的超宽带UWB（UltraWideBand）无线通信技术。UWB完全迥异于其它无线技术，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低，系统复杂度低，功耗小，定位精度精确等优点。在无线通信、网络、雷达系统、图像处理和定位系统中都具有其它技术无法比拟的优点。它不用载波而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行通信，因此也可称作脉冲无线电(ImpulseRadio)，与二进制移相键控(BPSK)信号波形相比，超宽带不采用余弦波进行载波调制而是发送间隔小于1ns的能量脉冲，因此它的带宽极宽，高达数GHz，且由于频谱的功率密度极小，它具有扩频通信的特点。目前，为保障全球定位系统GPS，导航系统和军事通信频段，FCC限定UWB频域在3.1至10.6GHz，且发射功率低于41dB。UWB向民用解禁后，我们更为关注的是它带来的商业和民用价值。

1UWB的特点

⑴带宽非常宽

UWB使用带宽高达几个GHz，频率范围从3.1GHz到10.6GHz。超宽带系统容量大，不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其它无线技术所使用的频段，这使得频率资源日益紧张的今天有了实质性的缓解。

⑵传输速率高

UWB自问世后一直被看作是蓝牙技术的替代品，它可以使电子通信设备之间通过无线互传信息，速率可以达到480Mbps，远高于IEEE：802.11a、IEEE：802.11b和蓝牙数据速率的无线连接。

⑶发送功率非常小

UWB消耗功率很小，一般不超过200微瓦，不及Wi-Fi的千分之五。超低的发射功率极大延长了系统电源工作时间。另外，发射功率小，其产生的电磁波辐射对人体的影响也微乎其微。

⑷抗干扰性能强及保密性好

UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，发射时，微弱的脉冲信号分散在极宽的频带中，其输出功率甚至低于一般电子设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与蓝牙、IEEE802.11a和IEEE802.11b相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。同时超短而微弱的脉冲信念也使得UWB与其它无线通信设施之间的干扰大幅度降低。UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。

⑸精准的定位功能

UWB系统具备良好的时间解析能力，使其能拥有精确的测距和定位功能，这一功能，可以将通信与定位融合，从而建立更为广阔的应用领域，包括建立高度安全、较佳效能的网络架构，以及精准的存货追踪管理。而在商业用途上，精准的定位功能将可应用到企业的仓储管理上，协助物料与资材的追踪定位。

⑹低廉的芯片成本

由于UWB不调制和解调复杂的载波信号，所以不需要混频器、过滤器、RF/IF转换器、本地振荡器(Localoscillator)以及802.11x常用的超外差所需额外的表面声波滤波器(SAWfilters)等复杂的元件，因而能量消耗很小，也更容易集成进CMOS里。除此之外，也可将射频设计成不需要功率放大器，同时也可以使用CMOS制程，因此具备低成本的芯片结构。

2当前发展状况

UWB的标准目前主要有两大类，分别是摩托罗拉旗下子公司飞思卡尔(Freescale)引领的DS-UWB和由IEEE倡导的MBOA，两者的分歧体现在UWB技术的实现方式上，前者采用直接序列扩展频谱的技术，它可以使很多传输共享相同的频率范围，这使很多小批量(piconets)的UWB设备互相连接更为容易。而后者则采用多频带方式，OFDM方案是将可用的频段分为多个子带，每个子带带宽大于500Mb/s，每一个子带的信号为一个OFDM信号。这两种技术各自有各自的优势和特点，但无法兼容，两种标准的牵头羊为了各自的利益，进行了激烈的角逐，但到目前为止还没有哪一方胜出。从这两个方案竞

争的激烈程度，我们可以预测到UWB技术巨大的潜在市场。技术的成功发展必定会反映在市场的不断成熟和发展上，因此UWB技术所带给世界无线通信市场的冲击将是无法避免和前所未见的，它带来的商业市场前景也是不可估量的。

3商业应用前景

无线通信历来都是一个技术创新层出不穷的领域，超宽带(UWB)实现了通信行业的设想：UWB在噪音标准之下调制数据，与频带内的其它无线通信标准并存而不相互干扰。随着UWB技术逐渐成为标准，行业领先者已经开发出UWB芯片产品，开始推出支持UWB的激动人心的商业应用。

家庭网络的应用中，UWB可以为无线局域网和个人局域网的接入技术带来高速率、低功耗、高带宽和低复杂度的无线通信解决方案，借助于UWB技术，可以家庭为单位建立局域网，使电脑和其它电子通信设备之间通过无线互传信息，从而减少房间布线、提高设施移动性。作为一项正在迅速发展的新技术，UWB将显著改善消费者的家用娱乐产品体验。消费者开始使用家中的PC机或笔记本电脑享受UWB无线技术带来的优越，其独特的优势就会让家庭中的娱乐电器也受益，例如，UWB可以把数码相机和数码摄像机的数据资料，传输给PC机，可以将DVD、VCD等各种视频数据传输到隔壁房间的电视，UWB将实现速度高达每秒110Mbit乃至更快的无线连接，使其非常适合连接电视与DVD播放机和录像机、个人视频记录器以及家庭音响。可以认为UWB是家庭网络更加合理的解决途径。

在定位检测应用中，由于UWB技术具有很好的定位能力，这一特性也可以使其拥有极其广泛的应用前景。由于UWB的高频信号具有很强的穿透力，所以消防员、警察和灾难救援人员可以利用UWB技术侦察出藏在厚墙另一侧、深埋在地下甚至是人体内部的目标物；汽车制造商可利用UWB技术建立汽车传感器、防撞系统、智能高速公路感测系统；此外其定位精度甚至超越了GPS全球定位系统，所以UWB将在定位检测领域有更大的突破。

当前，人们看好UWB技术的利用价值，最主要集中在消费电子应用领域。英特尔、德州仪器、西门子等业界知名厂商也对UWB技术在此领域的应用前景保持乐观。笔记本电脑、PDA、数码相机、扫描仪、打印机、摄录像机、以及MP3播放器等消费电子产品，均可以利用UWB技术进行高效率高品质的视频和音频数据传输。许多国家都已明确了全面实现数字电视网络的目标，UWB技术将在数字电视网络的许多环节上，充分发挥高速、无线和低干扰等优势。用UWB技术传输数字视频信号的速率，是当前有线电视调制解调器的10倍之多。XtremeSpectrum公司在不久前展示的一块UWB芯片样品，可以将数字电视信号同时沿着6个不同的信道传向6台电视机。美国飞思卡尔半导体(FreescaleSemiconductor)不久前在飞思卡尔技术论坛宣布，海尔采用了该公司的UWB(超宽带)无线芯片，推全球首款UWB电视，即将先后在中国和美国捆绑上市液晶电视和媒体服务器。新加坡Cellonics公司研发的一种新调制技术，更是将UWB的应用拉近了现实当中，它演示了UWB技术在消费电子产品中传输多媒体信号的过程，其质量之高、功耗之低而技术之简单，使更多的人对UWB在消费电子中的应用更加满怀信心。

目前，在业界的推动下，UWB技术已经日臻成熟，一些厂商已经推出了UWB芯片和相关产品。目前在试验室，UWB无线传送装置已经可以进行速率为480Mbit/s的数据传送。鉴于UWB技术所表现出来的优越特性和上述广泛的潜在应用领域，乐观者预计到了2006年，UWB技术将可能产生10亿美元的市场。

4小结

一项只用于10米范围之内，传输速率达到几百兆的无线通信技术引起了英特尔、摩托罗拉、西门子等通信业界巨头们的关注，也使家电业各大厂商们看到了UWB的应用前景。自UWB被批准民用后，家电厂商和PC厂商便蜂拥而至进行产品开发，积极拓展此项技术的商业化应用和发展，加快了UWB技术的商业化步伐。总之，UWB可定位于家用类设备和终端间的无线连接。众多的家电类设备，决定了UWB的应用范围相当广泛。UWB向人们清楚地展示了家用电子设备更为简洁的美好前景，在商业多媒体设备、家庭和个人网络方面极大地提高了一般消费者和专业人员的适应性和满意度。基于此，业界必须致力于提供标准与实现技术努力挖掘UWB的潜力。当然，UWB作为民用技术任重而道远，尚有一些应用中产生的信号干扰和频段开放引起的诸如安全性和干扰问题亟待解决。军方、政府、无线运营商和设备制造商等各方之间的利益冲突使得他们在UWB技术的民用化问题上尚有疑虑。但不管怎么说，我们有理由相信，由UWB技术所带来的技术发展和革新会使得UWB技术进入更多的应用领域，带来更为广阔的应用前景。

参考文献

[1]LiuqingYangandGeorgiosB.Giannakis，”Ultra-WidebandCommunications”，IEEEsignalprocessingmagazine1053-5888/04