UWB关键技术及其应用探究

文章阐述了UWB技术的定义及特点，描述了影响UWB通信质量的几种关键技术，最后探讨了UWB的应用场合。     

基于MB-OFDM UWB的短距离无线多媒体传输

超宽带（UWB）是实现高速无线个域网（WPAN）多媒体传输的关键技术。UWB以超短周期脉冲进行调制，并使用超宽的RF频谱带宽传递数据，可通过重叠的原则共享已占用的频谱资源；其具有频谱利用率高、抗多径衰落能力强、发送功率极小、系统安全性好等特点。UWB可为消费类电子设备提供高速无线连接解决方案，使视频连接和桌面应用等能在通用射频平台上运行。因此，研究UWB的标准化、产品化与市场化进程，剖析其主流技术。对于制订我国相关标准，促进UWB技术与系统产品在中国的发展和实施，具有积极的现实意义。为使UWB主流技术能被进一步了解，在跟踪研究UWB标准化的基础上，分析了作为国际上第1个商用UWB标准的多频带正交频分复用（MB—OFDM）方案的原理与技术特征，并阐述了基于该方案的无线多媒体超宽带（WiMedia UWB）平台与应用环境，产品整合进展及应用前景．     

超宽带无线通信的进展

为构建短距离高速无线网络，近年来国际上提出了无线个人域网(WPAN)的概念。WPAN是一种覆盖半径较小、支持高速率多媒体应用并实现无缝连接的无线网络。在WPAN传输技术中，超宽带(UWB)无线通信技术以其高传输速度、低成本、低功耗等特点受到业界瞩目，可有效解决企业、家庭、公共场所等高速Internet接入的需求。对UWB通信技术的进展，包括UWB标准化工作、全球范围内的UWB研究计划和一些公司的UWB产品研发现状进行了介绍。     

基于非相干检测的UWB无线传感器网络传输性能

论文首先给出了UWB无线传感器网络体系结构模型,接着利用UWB技术和非相干信号检测技术设计了一个非相干检测UWB传感器接收机。在此基础上,着重研究了UWB无线传感器网络的传输性能。通过仿真发现采用了非相干信号检测技术,对UWB无线传感器网络传输性能的提高具有重要意义。     

基于TDoA的混合算法在室内定位中的应用

室内定位技术的快速发展对基于超宽带（Ultra Wide Band,UWB）的定位技术提出了更高的要求。然而，在室内环境中，受多种障碍及外界扰动影响，超宽带信号通常位于非视距（Non Line of Sight,NLoS）背景下。因此，文章对NLoS中的UWB目标跟踪与位置问题进行了研究。首先阐述了UWB技术，其次提出了一种基于到达时间差（Time Delay of Arrival,TDoA）的UWB室内定位加权算法，以解决NLoS环境下UWB室内定位算法精度较低、定位误差较大的问题，最后设计了相关实验进行验证。相关比较和模拟实验结果表明，提出的方法能够较好地改善非视距条件下的定位精度，并且具有较好的定位效果。     

超宽带技术的信道模型和定位技术研究与分析

短距离无线系统是今后较长时间内通信界研究的热点，其中个人局域网（PAN）概念的提出，更推动了个人信息网络的发展。实现PAN的主要技术有：IEEES02．11b、HomeRF、蓝牙（Bluetooth）以及超宽带（UWB）等。其中高带宽、高速率、低功耗和抗干扰等特点使得UWB技术优势极为突出。本文系统地阐述了UWB的物理信道模型、定位技术和计算方法，并进行了必要的总结和概括。     

超宽带下无线Ad Hoc网络容量的理论研究

本文在三维球体表面和二维平面上建立了超宽带（IMB）技术下的Ad hoc网络模型，运用图论中Voronoi小区特性和渗透理论分析了相应的网络容量，得出结论：UWB技术下无线Ad hoc网络容量的上限将随着网络节点数目的增加而增大。该结论一方面说明UWB技术是提高Ad hoc网络容量的有效手段，物理层设计不同对网络性能会有不同影响，另一方面也为UWB技术与Ad hoc网络的结合奠定了理论基础。     

无线通信新技术--超宽带(UWB)

超宽带 (UWB)技术是无线通信中的一个非常有发展前途的技术。介绍了 UWB的概念和工作原理、UWB信号的时域特征和频域特征 ,分析了 UWB常用的两种调制技术 :脉冲幅度调制 (PAM)和脉冲位置调制(PPM)的详细过程。最后对超宽带通信主要特点进行了较深入的分析     

基于NS2的UWB MAC层资源分配算法仿真

超宽带（UWB）技术是家庭无线个人域网的热点研究技术，而其MAC层的资源分配算法对整个网络的传输性能具有极其重要的作用。文中运用NS2网络仿真软件对UWB MAC层协议之一IEEE 802.15.3进行了仿真分析，搭建了微网结构，分析了网络性能参数，重点分析了一种动态分配算法提案在UWB高速网络下的性能。     

基于无线数据的高精度超宽带定位方法综述

基于目前GPS、北斗定位系统因建筑物阻隔等因素而在室内定位效果不佳的情况,以超宽带(UWB)、WiFi、蓝牙等为基础的室内定位技术得到了广泛应用和快速发展,其中的UWB技术因其传输速率高、功耗小、抗干扰能力强和精度高等特点更是占据着重要的地位。从室内定位技术、UWB定位方法和UWB硬件设施3个角度对室内定位技术进行了分析和总结,针对构建室内定位系统,特别是以UWB技术为代表的高精度室内定位技术方法进行综合论述,并探讨了未来高精度UWB室内定位技术的发展方向。     

UWB技术在工业控制系统中的应用

鉴于现有无线技术在工业环境中的通信质量差等问题,将超带宽(UWB)技术引入到工业控制网络中。在分析了工业环境特点和总结了UWB无线技术优势的基础上,提出了基于UWB技术的工业无线控制系统,给出了符合EPA和FF两大现场总线标准的UWB无线扩展方案,对符合FF标准的方案进行了测试。实验证明,系统运行效果良好,达到了预期目标。     

Complex radio frequency (RF) communications with virtual pulses

A novel complex pulse forming technique has been developed using ultra wideband (UWB) frequency concepts where multiple carriers are modulated by the pulse width of the primary signal source. Specialized modulation of the pulse train provides an effective communication medium with inherent advantages of an UWB system. The multiple frequency nature of the non-traditional “pulse” formation provides a means of implementing UWB without the necessity of complex pulse formation of the classical UWB. The particular example of the research implemented in this paper allows explicit user choice of the specific UWB frequencies, e.g., ISM frequencies, to avoid current restrictions of the Federal Communications Commission (FCC). The reported method also contains an implicit property to support secure information transmission to receivers at known distances.The objective of this technique is an easy to form communication pulse having UWB low energy advantages along with the freedom of implementation without license requirements from regulating authorities, while adhering to the set limits of intentional radiators. The method chosen in this case was based on having the sum of energies from multiple frequencies remain within the restricted radiation limits at the correlated receiver. Included in the implementation technique is the inclusion of the signal fading effect as part of the modulation technique. The relevance of this pulse forming technique is in the simplicity of spreading the transmitted power among multiple frequencies without the issue of decay factor in the current methods. The result presented gives two sets of relative amplitudes of the transmitted frequencies identifying the transmitted character, e.g., 0 or 1. A form of amplitude encryption, due to the RF signal fading effect was also presented as advantage in the technique.     

超宽带自组网定位辅助路由算法及仿真

超宽带技术和移动自组网都是目前移动通信中的研究热点,由于UWB的通信容量大、高隐蔽性、功耗低、精确定时定位等特点,非常适合于作为Ad Hoe网络的物理层实现.UWB系统提供的距离与定位信息,可以实现对基于UWB的Ad hoc网络有效路由,而原有的定位辅助路由协议的定向性非对称,网络负载仍然较大.针对UWB系统的特点,提出了以中间跳数为主的超宽带Ad hoc网络路由度量方法,将矩形路由请求区域优化为带状请求区域,并且通过GloMosim软件进行了仿真.结果表明:改进的定位辅助路由算法以较小的开销取得较高的路由效率,降低了网络的负载和能量的损耗.     

Wavelet-based spectral shaping of UWB radio signal for multisystem coexistence

Although Ultra Wide Band (UWB) wireless systems supposed to coexist with other spectrally overlapping (narrowband) wireless systems, mutual interference degrades the performance of both systems. In this paper we investigate two techniques for reducing this mutual interference which do not require modification of the narrowband system. We propose to shape the spectrum of the Transmitted Reference (TR)-UWB signal using wavelet based multi-resolution technique to avoid its interference to other wireless systems. The reverse (narrowband) interference is alleviated using a notch filter at UWB receiver that could have much smaller bandwidth in this Gaussian pulse-shaped multi-resolution environment. TR simulations under AWGN and multipath channel conditions show that up to 55 dB reduction of UWB RF energy is possible at the interfering IEEE 802.11a band using the wavelet spectral shaping technique. The challenge is not to exceed the specified pulse duration while shaping the spectrum. The proposed technique does not reduce the throughput of the UWB system. It is general in the sense, it can be used for the better coexistence of any narrowband wireless system with UWB system.     

无载频超宽带雷达的梳状谱干扰仿真研究

超宽带雷达的发展及其在军事上的应用,对传统雷达对抗装备提出了严峻的挑战,极宽的信号带宽迫使干扰信号在频域上分散,从而大大降低了干扰信号的有效性.为了集中信号功率,对超宽带雷达进行有效干扰,提出了梳状谱干扰技术,即将干扰功率集中于雷达信号带宽范围内的一些离散频率点实施干扰,破坏雷达回波信号与参考信号的相关性,从而实现有效干扰.以无载频超宽带雷达为研究对象,通过仿真方法,将梳状谱干扰与传统的噪声干扰进行比较,得出梳状谱干扰技术对无载频超宽带雷达具有明显的干扰效果.研究成果对超宽带雷达干扰装备的研制具有一定的参考价值.     

基于空分RAKE接收机的超宽带信号多径性能分析

超宽带信号由于良好的抗多径能力而适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。该文研究的就是超宽带信号的多径信道中具体的性能指标，即在一定的信噪比条件和接收机条件下，超宽带系统传输的误码率。文中采用分空RAKE接收机，以最大组合比方式进行接收，在此基础上假设接收信号服从瑞利分布或莱斯分布，推导出了基于接收信号信噪比的不同超宽带多径信号波形及不同天线阵元数量时的误码率计算公式。之后，通过仿真对AWGN信道和多径信道的接收性能、不同UWB波形的接收性能等进行了比较，得出一些重要的具体结论。     

Spur line integrated single‐/dual‐/triple‐notched ultra‐wideband monopole antenna

Design and realization of spur line loaded frequency‐notched planar ultra‐wideband (UWB) antenna is proposed in this article. Accommodating the spur line (lines) of quarter wavelength long on the feeding microstrip line of UWB antenna, contributes to the notch‐filtering action in the feeding section itself which in turn can provides single/double/triple notch (notches) within the UWB spectrum of the antenna. The proposed technique is very simple and radiator independent as the filtering is performed in the feed region and hence the UWB radiator can be independently designed. The spur line based filtering sections are first separately designed and verified by S‐parameter measurements of the fabricated prototypes. Single, double, and triple spur line loaded microstrip sections are separately used as the feed section of a circular monopole antenna (MPA) to invoke single‐, dual‐, and triple‐notched UWB response of the MPA. All the designed prototypes are fabricated and characterized in terms of impedance and radiation parameter measurements, yielding very close correspondence with that of results obtained from full wave simulation.     

超宽带无线传感器网络MAC协议

超宽带技术凭借其诸多优势成为无线传感器网络物理层的绝佳选择,同时也为无线传感器网络的MAC协议设计带来了挑战。该文介绍了超宽带信号模型,讨论了UWB MAC协议设计中亟待解决的问题,总结和分析了近年来提出的几种典型的UWB MAC协议和有代表性的研究成果,并展望了下一步的研究方向。     

UWB标签定位系统接收机基带部分的FPGA实现

脉冲无线电(IR-UWB)技术利用极窄脉冲传输良好的时间分辨率特性,可以为收发机之间提供精确的距离测量,从而为室内与室外的定位系统提供一种低成本、高精确度的定位技术。本文对一种UWB标签定位系统作了简单的介绍,提出了一种UWB能量检测接收机的方案,并对能量检测接收机中的积分窗作了一种新颖合理的设计,简化了接收机的同步捕获模块。最后还对接收机FPGA基带处理部分作了仿真,给出了仿真波形。仿真结果证实了设计的可行性,说明UWB定位厘米级的精度是可实现的。     

A joint PHY/MAC cross-layer design for UWB under power control

Power control (PC) is a critical parameter for the design and evaluation of UWB-based WPAN networks due to its distributed control nature and non-fixed topology. The main issues in UWB PC are the channel gain fluctuations induced by indoor channel fluctuation and interference arising from narrowband systems. In this paper we introduce a joint PHY/MAC technique for DS-UWB power control design by exploiting the high time resolution of the UWB signal for channel gain improvement and mitigate the narrowband interference to reduce transmitted power. The results indicate that the proposed approach achieves better BER and throughput over previous works.