超寬帶無(wú)線通信技術(shù)

1、超寬帶無(wú)線通信技術(shù)第1頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三目錄超寬帶的定義 1超寬帶的特點(diǎn)和應(yīng)用 2超寬帶的傳輸方式3超寬帶的信道模型 4超寬帶的關(guān)鍵技術(shù) 5第2頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的定義Ultra-Wideband (UWB) Wireless Communication 美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC：Federal Communications Commission）第3頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的定義第4頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶信號(hào)的輻射掩蔽室內(nèi)U

2、WB設(shè)備輻射掩蔽室外手持設(shè)備 為了避免對(duì)現(xiàn)有的通信系統(tǒng)帶來(lái)干擾，必需將超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射功率限定在一定范圍內(nèi)，即在超寬帶通信頻率范圍內(nèi)的每個(gè)頻率上都規(guī)定一個(gè)最大的允許功率，這個(gè)功率值一般通過(guò)輻射掩蔽（emission mask）來(lái)決定.第5頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的特點(diǎn)1、共存性能好超寬帶技術(shù)可以與現(xiàn)有的其他通信系統(tǒng)共享頻譜。超寬帶通信使用的頻譜范圍從3.1GHz到10.6GHz，頻譜寬度高達(dá)7.5GHz，通過(guò)發(fā)射功率的限制，避免了對(duì)其他通信系統(tǒng)的干擾。從上圖 中可以看到，超寬帶信號(hào)的最高輻射功率為-41.3dBm，這僅僅相當(dāng)于一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)的輻射。這樣在

3、很低的功率譜密度下共享頻譜的方式，在頻譜資源非常緊張的今天具有極其重要的意義，這也是超寬帶興起和發(fā)展的主要原因之一.第6頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的特點(diǎn)2、信道容量大，傳輸速率高 香農(nóng)信道容量公式超寬帶信號(hào)占有數(shù)百兆赫茲（MHz）甚至幾吉赫茲（GHz）帶寬，理論上可以提供極高的信道容量，達(dá)到Gbps以上的傳輸速率，或者在很低的信噪比下，以一定的傳輸速率實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。假定一個(gè)超寬帶信號(hào)使用7GHz帶寬，當(dāng)信噪比S/N低至-10dB時(shí)，超寬帶可以提供的信道容量為C=7Glog2（1+0.1） 0.963Gbps，接近1Gbps。數(shù)據(jù)表明，超寬帶的空間通信容量是

4、現(xiàn)有的通信系統(tǒng)（如：無(wú)線局域網(wǎng)、藍(lán)牙等）的10-1000倍以上。第7頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的特點(diǎn)3、低成本，低功耗脈沖超寬帶是最早采用的一種傳輸方式，它不需要載波，而是利用極短的脈沖傳輸信息，因此，在發(fā)射端脈沖超寬帶不需要功放和混頻器，接收端也不需要中頻處理，大大降低了收發(fā)機(jī)的硬件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜性和成本。同時(shí)，為了避免對(duì)現(xiàn)有通信系統(tǒng)的干擾，超寬帶信號(hào)發(fā)射功率很低，簡(jiǎn)單的收發(fā)設(shè)備以及低功率，使得脈沖超寬帶系統(tǒng)的功耗非常低，可以使用電池長(zhǎng)時(shí)間供電。第8頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的特點(diǎn)4、信號(hào)衰減小，穿透能力強(qiáng) 正弦載波在自由

5、空間的衰減與距離平方成反比，在密集多徑情況下，信號(hào)的功率衰減更是與距離的3-4次方成反比。脈沖超寬帶信號(hào)為定向窄脈沖，不需要載波，具有較強(qiáng)的方向性，在相同的功率下，比正弦電磁波的衰減更小。同時(shí)基帶窄脈沖信號(hào)包含的低頻部分的長(zhǎng)波具有較強(qiáng)的穿透能力，能夠穿透多種材料，使其可以應(yīng)用于成像、檢測(cè)、監(jiān)視和測(cè)量等領(lǐng)域。第9頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的特點(diǎn)5、定位精度高由于脈沖超寬帶具有較強(qiáng)的穿透能力，因此可以用于各種環(huán)境下的測(cè)距和定位。系統(tǒng)的定位精度與信號(hào)的頻譜寬度直接相關(guān)，頻譜越寬，時(shí)間分辨率越高。脈沖超寬帶發(fā)射極短的基帶窄脈沖信號(hào)具有很高的定位精度，其帶寬通常在數(shù)

6、GHz，所以理論上其定位精度可達(dá)厘米量級(jí)。研究表明，與GPS全球定位系統(tǒng)相比，超寬帶技術(shù)具有更高的定位精度。技術(shù)GPS BluetoothIEEE802.11 UWB 定位精度 5-20m3m3m15cm第10頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的特點(diǎn)6、保密和安全性能好超寬帶信號(hào)的功率譜密度非常小，淹沒(méi)在環(huán)境噪聲和其他信號(hào)中，同時(shí)又具有極寬的帶寬，很難被基于頻譜搜索的偵測(cè)設(shè)備檢測(cè)到。同時(shí)超寬帶系統(tǒng)可以采用多種擴(kuò)頻多址方式，包括：跳時(shí)擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻、直接序列擴(kuò)頻等，在接收端必須采用與發(fā)射端一致的擴(kuò)頻碼才能正確的解調(diào)數(shù)據(jù)，這使得使非合法用戶很難獲取合法用戶的傳輸信息，

7、系統(tǒng)的安全性和保密性非常高。第11頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三與其它短距離無(wú)線技術(shù)的比較UWB藍(lán)牙802.11aHomeRF速率（bps）最高達(dá)1G1M54M12M距離（米）10101010050功率1毫瓦以下1100毫瓦1瓦以上1瓦以上第12頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的應(yīng)用通信UWB系統(tǒng)帶寬極大，可支持大的信道容量，同時(shí)系統(tǒng)功率受限，只能傳播較短距離，因此UWB技術(shù)特別適合于短距離高速無(wú)線通信。例如基于UWB技術(shù)的無(wú)線USB 2.0，可取代有線USB,實(shí)現(xiàn)PC之間及消費(fèi)類電子設(shè)備（電視、數(shù)碼相機(jī)、DVD播放器、MP3等）之間

8、的無(wú)線數(shù)據(jù)互連與通信。無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN) 、高速智能無(wú)線局域網(wǎng)、智能交通系統(tǒng)，公路信息服務(wù)系統(tǒng)，汽車檢測(cè)系統(tǒng)，艦船、飛機(jī)內(nèi)部通信系統(tǒng)，樓內(nèi)通信系統(tǒng)、室內(nèi)寬帶蜂窩電話，戰(zhàn)術(shù)組網(wǎng)電臺(tái)，非視距超寬帶電臺(tái)，戰(zhàn)術(shù)/戰(zhàn)略通信電臺(tái)，保密無(wú)線寬帶因特網(wǎng)接入等等 第13頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的應(yīng)用第14頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的應(yīng)用雷達(dá)、探測(cè)超寬帶依賴于極微弱的、與雷達(dá)中所使用的相近的基帶窄脈沖，具有很強(qiáng)的穿透能力，能穿透樹葉、墻壁、地表、云層等障礙，辨別出障礙物后隱藏的物體或運(yùn)動(dòng)著的物體，測(cè)距精度的誤差只有一兩厘米。可以應(yīng)用

9、在：穿墻雷達(dá)、安全監(jiān)視、透地探測(cè)雷達(dá)、工業(yè)機(jī)器人控制、監(jiān)視和入侵檢測(cè)、道路及建筑檢測(cè)、貯藏罐內(nèi)容探測(cè)等。第15頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的應(yīng)用測(cè)距,定位超寬帶信號(hào)在戶內(nèi)和戶外都可以提供精確地定位信息，在軍事和民用上都有廣泛的應(yīng)用。例如在敵方領(lǐng)土上營(yíng)救人員，兒童搜尋，尋找丟失的寵物和行李，跟蹤、搜索和解救人員，定位貴重的物品的位置等等第16頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三工業(yè) / 自動(dòng)化實(shí)時(shí)追蹤資產(chǎn)及庫(kù)存- 改進(jìn)流程 提高搜索效率 減少資源浪費(fèi)物流追蹤條形碼及叉車- 減少保險(xiǎn)環(huán)節(jié)的核查 倉(cāng)庫(kù)管理更加靈活軍事人員與設(shè)備的追蹤 城市作戰(zhàn)

10、訓(xùn)練 高級(jí)研發(fā)醫(yī)療保健實(shí)時(shí)追蹤病人，監(jiān)護(hù)者，護(hù)理者 過(guò)程分析與改進(jìn) 人力資源管理 病人安全保證/狀態(tài)監(jiān)控娛樂(lè)/體育演出或者訓(xùn)練 細(xì)化演出分析 回放比賽實(shí)況 視頻集成危險(xiǎn)環(huán)境人員和物資的追蹤管理- 安全位置的緊急搜索 定位人員 安全有效第17頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三位置相關(guān)參數(shù)估計(jì)位置相關(guān)參數(shù)估計(jì)定位算法演示系統(tǒng)TOA (Time of Arrival)接收信號(hào)位置坐標(biāo) (x, y, z)測(cè)距模塊利用測(cè)距算法估計(jì)參考節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)間距離定位模塊利用多個(gè)節(jié)點(diǎn)的測(cè)距結(jié)果估計(jì)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置第18頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶信號(hào)模型根

11、據(jù)傳輸技術(shù)不同分為兩類：脈沖超寬帶優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)單、成本低、功耗小多徑分辨能力強(qiáng)信號(hào)隨距離衰減小，穿透能力強(qiáng)缺點(diǎn)信息傳輸速率不高頻譜利用率不高頻譜使用不靈活多頻帶超寬帶 優(yōu)點(diǎn)易實(shí)現(xiàn)高信息傳輸速率頻譜利用率可以較高頻譜使用靈活缺點(diǎn)系統(tǒng)復(fù)雜成本高功耗高高頻段時(shí)信號(hào)穿透力弱第19頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三脈沖超寬帶脈沖超寬帶指采用時(shí)域上很短的沖擊脈沖作為信息載體，信息數(shù)據(jù)符號(hào)通過(guò)對(duì)窄脈沖(脈沖寬度通常在納秒級(jí))進(jìn)行調(diào)制，以獲得非常寬的帶寬。調(diào)制方式脈沖位置調(diào)制（PPM）脈沖幅度調(diào)制（PAM）擴(kuò)頻方式跳時(shí)擴(kuò)頻(TH-SS time hopping spread spectr

12、um )直接序列擴(kuò)頻(DS-SS direct sequence spread spectrum )第20頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶脈沖波形設(shè)計(jì)脈沖波形設(shè)計(jì)原則符合UWB 信號(hào)定義，-10dB 絕對(duì)帶寬大于500MHz 或相對(duì)帶寬大于20%。波形波動(dòng)小，即不能有太多的峰值數(shù)。否則，當(dāng)相關(guān)檢測(cè)時(shí)，微小的延時(shí)會(huì)造成匹配不上，不利于檢測(cè)接收。功率譜密度在頻域上滿足FCC 輻射掩模的規(guī)定。脈沖的直流分量為零或者低頻分量上的能量盡可能地小。脈沖波形高斯脈沖微分，升余弦、Herimite(厄密特)脈沖等。第21頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三

13、高斯函數(shù)脈沖 高斯脈沖寬度和頻域帶寬取決于參數(shù), 的值越大，高斯脈沖越寬，相應(yīng)的頻域帶寬就越小 第22頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三高斯脈沖二階導(dǎo) 第23頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三高斯脈沖各階導(dǎo)數(shù) 階數(shù)越高，高斯導(dǎo)數(shù)波形的過(guò)零點(diǎn)次數(shù)就越多，相應(yīng)的信號(hào)帶寬就越寬。 第24頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三擴(kuò)頻技術(shù)多址接入隱蔽性和保密性好抗干擾性強(qiáng)，誤碼率低擴(kuò)頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)用擴(kuò)頻序列調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸；接收端則采用相同的擴(kuò)頻序列進(jìn)行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。第25頁(yè)，共48頁(yè)，2022年

14、，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三跳時(shí)擴(kuò)頻跳時(shí)擴(kuò)頻是用偽隨機(jī)碼去控制信號(hào)的發(fā)送時(shí)刻，首先把時(shí)間軸分成許多時(shí)隙，在一幀內(nèi)哪一個(gè)時(shí)隙發(fā)射信號(hào)由偽隨機(jī)序列去控制。在發(fā)射端，發(fā)送的信號(hào)先暫存在一個(gè)緩存器中，待由偽隨機(jī)碼發(fā)生器控制的通斷開關(guān)接通時(shí)，將緩存器中的發(fā)送數(shù)據(jù)輸出，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)送到由偽隨機(jī)碼發(fā)生器控制的開關(guān)電路，然后以脈沖的形式發(fā)送出去，信息“1”和“0”采用不同的脈沖傳輸。在接收端，本地的偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器生成與發(fā)射端完全一致的偽隨機(jī)碼控制兩個(gè)選通門，然后經(jīng)脈沖檢測(cè)器檢測(cè)后進(jìn)行判決輸出，從而得到傳送的數(shù)據(jù)信息。 第26頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三跳時(shí)擴(kuò)頻調(diào)制超寬帶

15、TH-SS PPM UWBTH-SS PAM UWB第27頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三PPM-TH-UWB發(fā)射信號(hào)PAM-TH-UWB 發(fā)射信號(hào)數(shù)值二進(jìn)制比特流1、0、1符號(hào)周期10ns重復(fù)編碼的次數(shù)2幀周期5ns碼片時(shí)間1ns每個(gè)frame中chip的個(gè)數(shù)5跳時(shí)碼2、4第28頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三直接序列擴(kuò)頻直接序列擴(kuò)頻就是在發(fā)射端直接利用高碼片速率的擴(kuò)頻碼序列擴(kuò)展發(fā)送信號(hào)的頻譜。然后在接收端，用相同的擴(kuò)頻碼序列相乘解擴(kuò)，恢復(fù)出原始的發(fā)送信息。在發(fā)射端，欲傳輸?shù)幕鶐盘?hào)與一個(gè)碼片速率很高的偽隨機(jī)碼進(jìn)行時(shí)域相乘，其輸出為一個(gè)頻譜

16、帶寬被擴(kuò)展的擴(kuò)頻碼流，然后將此擴(kuò)頻碼流變換為射頻信號(hào)發(fā)射出去。在接收端，射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)變頻后輸出中頻信號(hào)，它與本地的偽隨機(jī)碼進(jìn)行時(shí)域相乘，得到解擴(kuò)信號(hào)，經(jīng)信息解調(diào)器恢復(fù)成原始數(shù)字信號(hào)。只有當(dāng) 時(shí)，才能進(jìn)行正確的解擴(kuò)和解碼。 第29頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三直接序列擴(kuò)頻脈位調(diào)制超寬帶 DS-SS PPM DS-SS PAM 第30頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三意義取值二進(jìn)制比特流1、0重復(fù)編碼的次數(shù)5每個(gè)frame個(gè)中chip的個(gè)數(shù)3偽隨機(jī)序列碼1、-1、1、-1、-1碼片時(shí)間1ns幀周期3ns符號(hào)周期15nsDS-PAM-UWB發(fā)射信號(hào)

17、DS-PPM-UWB發(fā)射信號(hào)第31頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三多頻帶超寬帶 在MB-OFDM-UWB通信系統(tǒng)中，將頻帶劃分為14個(gè)528MHz的子頻帶，5個(gè)頻帶組，使用時(shí)以三個(gè)為一組。使用OFDM技術(shù)生成信號(hào)。OFDM符號(hào)由時(shí)頻碼控制調(diào)制到不同中心頻率的載波上，從而實(shí)現(xiàn)多頻帶的傳輸；不同時(shí)頻碼對(duì)應(yīng)不同的跳頻樣式。528MHz的一個(gè)頻帶內(nèi)又分為128個(gè)子載波，其中包括100個(gè)數(shù)據(jù)子載波、12個(gè)導(dǎo)頻子載波、10個(gè)保護(hù)子載波及6個(gè)空子載波三頻帶時(shí)頻碼樣式時(shí)頻碼序號(hào)長(zhǎng)度為6的時(shí)頻編碼樣式11 2 3 1 2 321 3 2 1 3 231 1 2 2 3 341 1 3

18、3 2 2 第32頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三多頻帶超寬帶 前向糾錯(cuò)編碼（FEC）采用卷積編碼及相應(yīng)的維特比譯碼；系統(tǒng)在使用三個(gè)頻帶時(shí)采用時(shí)頻交織（TFI）技術(shù)，使用單個(gè)頻帶時(shí)采用定頻交織（FFI）技術(shù)；數(shù)字調(diào)制采用四進(jìn)制相移鍵控（QPSK）或雙載波調(diào)制（DCM）；在多變的信道條件下，系統(tǒng)采用頻域擴(kuò)展（FDS）、時(shí)域擴(kuò)展（TDS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)頻分集來(lái)減小多徑干擾的影響，時(shí)域擴(kuò)展方式為同一個(gè)符號(hào)在不同的頻段重復(fù)發(fā)送，頻域擴(kuò)展為同一頻域數(shù)據(jù)在不同子載波上同時(shí)發(fā)送 。多頻帶超寬帶系統(tǒng)收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)框圖第33頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三無(wú)線信道三種

19、基本傳播方式反射：電磁波入射到一個(gè)尺寸比波長(zhǎng)大得多的物體，電磁波會(huì)發(fā)生反射；主要來(lái)自地表面，建筑物和墻壁衍射：當(dāng)收發(fā)機(jī)之間的路徑存在密度較大的物體，其尺寸遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，就會(huì)在阻礙物的后面產(chǎn)生次級(jí)波。通常也被稱為陰影，因?yàn)楸徊豢纱┩傅恼系K物遮蔽，衍射多徑仍能到達(dá)接收機(jī)。散射：當(dāng)信號(hào)傳輸過(guò)程中遇到大的，粗糙表面，或者一些尺寸與波長(zhǎng)可比擬的障礙物時(shí)，會(huì)發(fā)生散射。城市的街燈，路標(biāo)，植物等都會(huì)是信號(hào)發(fā)生散射。直達(dá)路徑 LOS:line-of-sight無(wú)直達(dá)路徑 NLOS:non-line-of-sight第34頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的信道標(biāo)準(zhǔn)S-V信道模型 信道

20、模型 信道模型 第35頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三S-V信道模型多徑分量按簇到達(dá)，每簇的到達(dá)時(shí)間服從波松到達(dá)過(guò)程每簇內(nèi)多徑到達(dá)時(shí)間也服從波松到達(dá)過(guò)程低通信道沖擊響應(yīng) S-V信道模型的功率延時(shí)剖面(PDP：Power Delay Profile) 第36頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三信道模型對(duì)S-V信道模型的修定增加了一個(gè)對(duì)數(shù)正態(tài)分布的信道陰影衰落系數(shù)。用一個(gè)對(duì)數(shù)正態(tài)隨機(jī)變量表示所有多徑的信道陰影衰落系數(shù)。多徑增益的相位因子不再是0 2范圍內(nèi)的均勻分布，而是以等概率出現(xiàn) ，這樣信道的多徑增益系數(shù)就由原來(lái)的復(fù)變量變?yōu)榱藢?shí)變量。第37頁(yè)，共4

21、8頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三信道模型信道參數(shù) ：簇平均到達(dá)速率;：每簇內(nèi)多徑的平均到達(dá)速率;：簇的功率衰減因子;：簇內(nèi)多徑的功率衰減因子; ：簇的信道增益系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差; ：簇內(nèi)多徑信道增益系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差; ：信道陰影衰落系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差;信道陰影衰落系數(shù) 多徑增益系數(shù)包含的總能量歸一化為單位能量 信道參數(shù)CM 1CM 2CM 3CM 4 (1/nsec)0.02330.40.06670.0667 (1/nsec)2.50.52.12.17.15.514.0024.004.36.77.912 (dB)3.39413.39413.39413.3941 (dB)3.39413.39

22、413.39413.3941 (dB)3333第38頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三信道模型第39頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三信道模型信道模型的幾個(gè)重要特征：路徑損耗服從 定律；路徑損耗依賴于頻率；基于修正的S-V模型：多徑按簇到達(dá)；多徑到達(dá)時(shí)間服從混合泊松分布；延時(shí)依賴于簇衰減時(shí)間；某些NLOS環(huán)境下，功率延時(shí)剖面（PDP：Power Delay Profile）可能先增后減。小規(guī)模衰減服從Nakagami分布，不同的多徑具有不同的m因子；服從塊衰落（block fading），即信道在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間（data burst）內(nèi)不變。第40

23、頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三信道模型 CM1：室內(nèi)LOS環(huán)境 CM2：室內(nèi)NLOS環(huán)境 CM5：室外LOS環(huán)境 CM6：室外NLOS環(huán)境 CM9：開放的戶外NLOS環(huán)境 第41頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的關(guān)鍵技術(shù)1、脈沖波形設(shè)計(jì)和調(diào)制理論脈沖波形設(shè)計(jì)和信號(hào)調(diào)制是UWB通信系統(tǒng)中的首要環(huán)節(jié)。面對(duì)目前緊張的無(wú)線通信資源，UWB信號(hào)必須避免在其所占的頻域上對(duì)現(xiàn)有無(wú)線系統(tǒng)造成干擾，這也是制定頻譜規(guī)范以利于UWB技術(shù)推廣的初衷，F(xiàn)CC在UWB信號(hào)的開放頻段3.1- 10.6GHz內(nèi)，限定發(fā)射功率譜密度應(yīng)小于-41.3dBm/MHz。因此

24、脈沖波形設(shè)計(jì)應(yīng)滿足頻譜規(guī)范，同時(shí)盡可能的利用更大帶寬。最常見的UWB調(diào)制方式包括脈沖幅度調(diào)制(PAM)和脈沖位置調(diào)制(PPM)，其它方式還包括如傳輸參考調(diào)制(Transmitted-reference，TR)、開關(guān)鍵控調(diào)制(OOK)、脈沖形狀調(diào)制(Pulse shape Modulation)和混沌調(diào)制(Chaotic pulse position Modulation)等。還有一種與TR方式對(duì)應(yīng)的碼參考調(diào)制(CR， Coded-reference)，參考碼和信號(hào)具有正交性，能獲得良好的解調(diào)性能和低復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，基于光脈沖波形產(chǎn)生和調(diào)制的UWB系統(tǒng)也成了新的研究方向。第42

25、頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的關(guān)鍵技術(shù)2. 天線理論、設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和MIMO-UWBUWB信號(hào)占據(jù)帶寬很大，在直接發(fā)射基帶脈沖時(shí)，需要對(duì)設(shè)備功耗和信號(hào)輻射功率譜密度提出嚴(yán)格要求，這使得UWB通信系統(tǒng)的收發(fā)天線設(shè)計(jì)面臨巨大挑戰(zhàn)。輻射波形角度和損耗補(bǔ)償、線性帶寬、不同頻點(diǎn)上的輻射特性、激勵(lì)波形的選取等都是天線設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題。在要求通信終端小型化的應(yīng)用中，往往要求設(shè)計(jì)高性能、小尺寸、暫態(tài)性能好的UWB天線。以多天線理論為基礎(chǔ)的MIMO技術(shù)是未來(lái)無(wú)線通信采用的主要技術(shù)之一，考慮到UWB的技術(shù)特點(diǎn)，將二者結(jié)合也是極具吸引力的研究方向。利用MIMO- UWB的優(yōu)勢(shì)，可以提

26、高UWB系統(tǒng)容量和增大通信覆蓋范圍，并能滿足高數(shù)據(jù)速率和更高通信質(zhì)量的要求。此外，與天線理論相關(guān)的波束賦形，以及時(shí)編碼、協(xié)作分集等在MIMO-UWB系統(tǒng)中的應(yīng)用也得到了較多關(guān)注。第43頁(yè)，共48頁(yè)，2022年，5月20日，17點(diǎn)33分，星期三超寬帶的關(guān)鍵技術(shù)3.同步捕獲技術(shù)在超寬帶系統(tǒng)中，同步是極大的難題和挑戰(zhàn)超寬帶脈沖持續(xù)時(shí)間極短，很難捕捉信號(hào)能量低（功率受限）信道環(huán)境復(fù)雜現(xiàn)有的同步算法分類基于相關(guān)搜索的同步算法。存在問(wèn)題：需要高達(dá)幾G bit/s甚至幾十G bit/s采樣速率的A/D轉(zhuǎn)換器，目前硬件上無(wú)法實(shí)現(xiàn)；而且同步時(shí)間長(zhǎng)?；诠烙?jì)的同步算法存在問(wèn)題：要么同樣需要高達(dá)幾G bit/s甚至幾十G bit/s采樣速率的A/D轉(zhuǎn)換器，要么可以避免高速率采樣，但需要精