超寬帶（UWB）定位系統(tǒng)發(fā)射機(jī)基帶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，功能模塊分解、硬件實(shí)現(xiàn)

1.1超寬帶簡介

超寬帶技術(shù)（Ultra-Wideband, UWB）早在20世紀(jì)中期就已在雷達(dá)信號處理領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注^[1]。多年以來，由于這項(xiàng)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(yīng)用。隨著2002年FCC允許超寬帶民用通信系統(tǒng)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(qiáng)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)明越洋無線電報(bào)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(jù)了很寬的頻帶，他在1897年演示的第一個(gè)無線通信系統(tǒng)就符合超寬帶無線電這個(gè)詞的含義。不過，現(xiàn)代意義上的超寬帶無線電，又稱為沖激無線電(IR：Impulse Radio)技術(shù)，出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，最早則可追溯到1942年De Rosa提交的隨機(jī)脈沖系統(tǒng)的專利。但其應(yīng)用一直局限于軍事、救援搜索、雷達(dá)定位及測距等方面，從80年代開始，隨著頻帶資源的緊張以及對于高速通信的需求，超寬帶技術(shù)才開始被應(yīng)用于無線通信領(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(guī)定，因此，超寬帶信號有多種產(chǎn)生方式。傳統(tǒng)而經(jīng)典的UWB技術(shù)采用持續(xù)時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的脈沖信號來傳送信息，信號帶寬高達(dá)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，幾乎湮沒在各種電磁干擾和背景噪聲之中。具有低截獲率、隱蔽性強(qiáng)、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(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點(diǎn)^[7-8]。另一類的UWB技術(shù)仍然基于正弦載波的概念發(fā)射連續(xù)波，其超寬帶的實(shí)現(xiàn)可以采用擴(kuò)展頻譜技術(shù)或者提高數(shù)據(jù)速率進(jìn)而提高射頻帶寬，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)上百M(fèi)bit/s甚至幾Gbit/s 。主要用來構(gòu)建短距離的高速WPAN、家庭無線多媒體網(wǎng)絡(luò)以及替代高速短程有線連接等。

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)語是1989年首先由美國國防部正式提出使用的。早期的名稱有脈沖無線電（Impulse Radio）、無載波（Carrier Free）等。為了促進(jìn)并規(guī)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(guī)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(yīng)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