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(jiǎn)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(hào)處理領(lǐng)域引起了人們的關(guān)注^[1]。多年以來(lái)，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(wú)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(hào)就占據(jù)了很寬的頻帶，他在1897年演示的第一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)就符合超寬帶無(wú)線電這個(gè)詞的含義。不過(guò)，現(xiàn)代意義上的超寬帶無(wú)線電，又稱(chēng)為沖激無(wú)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(zhuān)利。但其應(yīng)用一直局限于軍事、救援搜索、雷達(dá)定位及測(cè)距等方面，從80年代開(kāi)始，隨著頻帶資源的緊張以及對(duì)于高速通信的需求，超寬帶技術(shù)才開(kāi)始被應(yīng)用于無(wú)線通信領(lǐng)域。

FCC對(duì)超寬帶給出了兩種定義^[4-6]: 第一種是信號(hào)的10dB帶寬大于或等于500MHZ，第二種是信號(hào)相對(duì)帶寬大于等于0.2。由于FCC對(duì)于超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生方式?jīng)]有明確規(guī)定，因此，超寬帶信號(hào)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(hào)來(lái)傳送信息，信號(hào)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(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(qiáng)、保密性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它還具有對(duì)信號(hào)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(lèi)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(lái)構(gòu)建短距離的高速WPAN、家庭無(wú)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(yǔ)是1989年首先由美國(guó)國(guó)防部正式提出使用的。早期的名稱(chēng)有脈沖無(wú)線電（Impulse Radio）、無(wú)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(duì)UWB信號(hào)給出了明確的定義。FCC規(guī)定，UWB信號(hào)為任何絕對(duì)帶寬大于500MHz或相對(duì)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(hào)。這里相對(duì)帶寬定義為：

（2-1）

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

圖2.1 UWB信號(hào)與窄帶信號(hào)的比較