超寬帶（UWB）定位系統發(fā)射機基帶的系統設計，功能模塊分解、硬件實(shí)現

1.1超寬帶簡(jiǎn)介

超寬帶技術(shù)（Ultra-Wideband, UWB）早在20世紀中期就已在雷達信號處理領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注^[1]。多年以來(lái)，由于這項技術(shù)一直受到軍方的限制，在民用領(lǐng)域未能得到快速的發(fā)展和廣泛的應用。隨著(zhù)2002年FCC允許超寬帶民用通信系統投入使用^[2]，超寬帶憑借其傳輸速率高、成本低、功率小、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)^[3]，日益受到關(guān)注，迅速成為研究熱點(diǎn)。

超寬帶技術(shù)的歷史最早可以追溯到一百年前波波夫和馬可尼發(fā)明越洋無(wú)線(xiàn)電報的時(shí)代。馬可尼發(fā)明的最早的火花隙發(fā)射器的信號就占據了很寬的頻帶，他在1897年演示的第一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信系統就符合超寬帶無(wú)線(xiàn)電這個(gè)詞的含義。不過(guò)，現代意義上的超寬帶無(wú)線(xiàn)電，又稱(chēng)為沖激無(wú)線(xiàn)電(IR：Impulse Radio)技術(shù)，出現于20世紀60年代，最早則可追溯到1942年De Rosa提交的隨機脈沖系統的專(zhuān)利。但其應用一直局限于軍事、救援搜索、雷達定位及測距等方面，從80年代開(kāi)始，隨著(zhù)頻帶資源的緊張以及對于高速通信的需求，超寬帶技術(shù)才開(kāi)始被應用于無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域。

FCC對超寬帶給出了兩種定義^[4-6]: 第一種是信號的10dB帶寬大于或等于500MHZ，第二種是信號相對帶寬大于等于0.2。由于FCC對于超寬帶信號的產(chǎn)生方式?jīng)]有明確規定，因此，超寬帶信號有多種產(chǎn)生方式。傳統而經(jīng)典的UWB技術(shù)采用持續時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的脈沖信號來(lái)傳送信息，信號帶寬高達幾GHz。其平均發(fā)射功率很低，頻譜很寬，因此功率譜密度非常低，幾乎湮沒(méi)在各種電磁干擾和背景噪聲之中。具有低截獲率、隱蔽性強、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還具有對信號衰落不敏感、定位精度高以及系統復雜度低等優(yōu)點(diǎn)^[7-8]。另一類(lèi)的UWB技術(shù)仍然基于正弦載波的概念發(fā)射連續波，其超寬帶的實(shí)現可以采用擴展頻譜技術(shù)或者提高數據速率進(jìn)而提高射頻帶寬，其數據傳輸速率可達上百Mbit/s甚至幾Gbit/s 。主要用來(lái)構建短距離的高速WPAN、家庭無(wú)線(xiàn)多媒體網(wǎng)絡(luò )以及替代高速短程有線(xiàn)連接等。

第2章MB-OFDM UWB原理介紹

2.1超寬帶通信技術(shù)

2.1.1UWB的定義

超寬帶這一術(shù)語(yǔ)是1989年首先由美國國防部正式提出使用的。早期的名稱(chēng)有脈沖無(wú)線(xiàn)電（Impulse Radio）、無(wú)載波（Carrier Free）等。為了促進(jìn)并規范UWB技術(shù)的發(fā)展，2002年FCC對UWB信號給出了明確的定義。FCC規定，UWB信號為任何絕對帶寬大于500MHz或相對帶寬（Fractional Bandwidth）大于0.2，并滿(mǎn)足FCC功率譜密度限制要求的信號。這里相對帶寬定義為：

（2-1）

其中，和分別表示信號的功率譜密度衰減10dB時(shí)所對應的上限頻率和下限頻率，為信號的中心頻率，為信號的絕對帶寬，

圖2.1 UWB信號與窄帶信號的比較