摘要：在分析現(xiàn)超寬帶無線電的載體—窄脈沖產(chǎn)生方法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，提出產(chǎn)生超寬帶納秒級脈沖的邏輯框圖，并由此設(shè)計相應(yīng)的電路原理圖、PCB版圖，經(jīng)實物調(diào)試測出輸出波形，最后指出該電路的應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：超寬帶超寬帶無線電納秒級脈沖

將超寬帶雷達(dá)應(yīng)用于通信是近年來業(yè)界的研究熱點。在傳統(tǒng)的通信技術(shù)中，通常把信號從基帶調(diào)制到正弦或余弦載波上，而超寬帶UWB（UltraWideBand）通信則是通過對持續(xù)時間為納秒或亞納秒級窄脈沖進(jìn)行調(diào)制，這樣UWB信號將具GHz量級的帶級。超寬帶技術(shù)相對于連續(xù)波通信系統(tǒng)具有獨到之處，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如雷達(dá)、通信、探測等。UWB的特點：發(fā)射信號功率譜密度較低，強抗截獲能力；系統(tǒng)復(fù)雜度低；數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點。但是這些性能的獲得都需要依賴于現(xiàn)有技術(shù)和工藝的可行性，特別是集成電路的工藝。UWB應(yīng)用中必不可少的關(guān)鍵之一是如何產(chǎn)生可以控制的UWB窄脈沖，靈活方便是UWB通信所渴望的；產(chǎn)生足夠窄的脈沖和適于信道傳輸?shù)拿}沖形狀也是UWB通信中的熱門研究點和關(guān)鍵所在。為此，本文探討了一種納秒級脈沖發(fā)生電路的原理和設(shè)計，完成了實物制作，給出測得的實際結(jié)果。

1現(xiàn)有的方法和缺陷

事實上人們對超寬帶雷達(dá)的研究是非常早的，從上個世紀(jì)六七址年代即已開始，所以目前很熱的UWB并不是什么創(chuàng)新。有許多專利文獻(xiàn)和文章都專門闡述如何產(chǎn)生滿足各種要求的窄脈沖，美國等在這方面的專利有很多。在研究初期，由于器件和工藝的缺乏，主要利用微濾器件（如傳輸線）等效成開關(guān)，從而得到短持續(xù)時間的信號，再經(jīng)過脈沖成形網(wǎng)絡(luò)整形成滿足要求的波形和電壓足夠高的脈沖。這些方法造價很高，且器件龐大，更不適于現(xiàn)代應(yīng)用；后來前蘇聯(lián)人發(fā)現(xiàn)二極管上速度極快的良性雪崩應(yīng)能夠使矩形脈沖的上升沿急劇陡峭，從而使得窄脈沖的成形都傾向于利用PN結(jié)的雪崩效應(yīng)。在早期利用雪山崩效應(yīng)的方案中，由于器件的限制，通常需要在二極管或三極管上加2kV～3kV的反偏高壓，同時產(chǎn)生的窄脈沖電壓也非常高，但其高偏壓的提供本身就很困難；此后，隨著器件的發(fā)展，產(chǎn)生雪崩效應(yīng)的電壓都下降100V～130V左右，從而使得制造成本和電路本身都大為簡單，但此時已不太適于雷達(dá)方面的應(yīng)用了。因為脈沖較寬且幅度小，作為通信系統(tǒng)仍然太大；脈沖過寬，且輻射還需滿足FCC等要求。

針對前人所作的工作和現(xiàn)有的器件，改進(jìn)并設(shè)計了超寬帶納秒級脈沖成形電路，然后完成了具體電路的研制和測試。

摘要：超寬帶UWB(Ultra-WideBandwidth)脈沖通信(ImpulseRadio)技術(shù)與其它通信技術(shù)有很大不同，它具有信號功率譜密度低、不易檢測、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信。介紹了UWB系統(tǒng)的信號表示形式，分析了其特點，并介紹了超寬帶通信當(dāng)前的研究及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：UWB脈沖通信信號應(yīng)用

UWB技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)。它通過對具有很陡上升和下降時間的沖激脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點。

1超寬帶信號及其特點

美聯(lián)邦通信委員會(FCC)規(guī)定：

部分帶寬號稱為UWB信號。其中，部分帶寬為信號功率譜密度在-10dB處測量的值。圖1為UWB信號與窄寬信號功率譜密度的比較；UWB信號格式如圖2所示。

摘要:針對超寬帶(ultra-wideband,UWB)信號的具體特征,利用巴克碼的相關(guān)特性,設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)簡單的訓(xùn)練序列,在此基礎(chǔ)上建立了基于最大似然(ML)準(zhǔn)則的UWB同步捕獲算法。該算法大大降低了UWB信號時間捕獲的復(fù)雜度,能夠快速實現(xiàn)同步。仿真結(jié)果表明,只需要較短的訓(xùn)練序列,該算法就能獲得優(yōu)良的同步性能,當(dāng)訓(xùn)練序列較長時可以很好地逼近理想捕獲情況下的系統(tǒng)誤碼率。

關(guān)鍵詞:超寬帶;同步;時間捕獲;最大似然準(zhǔn)則

0引言

超寬帶(ultra-wideband,UWB)無線電的出現(xiàn)已有數(shù)十年的歷史,但以前它僅僅應(yīng)用在軍事雷達(dá)和定位設(shè)備中。2002年2月14日,這項無線技術(shù)首次獲得了美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的批準(zhǔn),用于民用通信,從而引起了各國的廣泛關(guān)注,迅速成為研究熱點。目前國內(nèi)外主要研究UWB在無線個人局域網(wǎng)(wirelesspersonalareanetwork,WPAN)中的應(yīng)用,并已取得重大進(jìn)展。

和其它所有通信體制一樣,要建立UWB通信系統(tǒng),首先要解決的是同步問題。為了降低信號的頻譜密度,UWB系統(tǒng)往往通過多個幀來發(fā)送一個符號,每幀包含一個單脈沖信號,幀周期往往遠(yuǎn)大于脈沖周期。同步捕獲的任務(wù)就是確定符號的位置以及每個符號的起始點。符號定時是建立同步的基礎(chǔ)。并且由于在超寬帶系統(tǒng)中,接收機一般利用Rake接收機分集接收,需要對信道多徑分量的幅度和時延進(jìn)行估計,符號定時的準(zhǔn)確與否決定了估計的精度。然而,同步也正是UWB技術(shù)的一大難點。這主要是因為UWB信號為類脈沖信號,脈沖寬度窄,幅度低,通過滑動相關(guān)法搜索峰值的方法在多徑信道環(huán)境下性能往往會受到影響,在應(yīng)用跳時(TH)碼的系統(tǒng)中尤其如此。而且由于在一個符號內(nèi)要搜索數(shù)千個碼片,所需要的采樣率高達(dá)幾GHz,捕獲時間長,復(fù)雜度高[122]。

為了提高捕獲速度,文獻(xiàn)[3]提出了基于Markov鏈結(jié)構(gòu)的序列搜索方式,文獻(xiàn)[4]則利用Beacon碼的相關(guān)特性來實現(xiàn)同步。但是這些算法的采樣率仍然沒有本質(zhì)變化。由于UWB信號的重復(fù)發(fā)送使得無需對信號進(jìn)行過采樣就具有循環(huán)平穩(wěn)特性,有人提出了基于循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計特性(cyclostationarity,CS)的盲估計算法[5-6],它可以降低采樣速率,但是和所有的盲估計算法一樣,有著收斂速度慢的缺點。文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]分別設(shè)計了訓(xùn)練序列,并在此基礎(chǔ)上提出了各自的同步捕獲算法,利用他們設(shè)計的訓(xùn)練序列可使算法大大簡化。但是利用這些訓(xùn)練序列進(jìn)行符號的捕獲時,其相關(guān)峰不顯著,符號捕獲效果并不理想。并且,由于幀捕獲是在符號捕獲的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,符號捕獲的誤差會進(jìn)一步影響幀捕獲的效果。

摘要：從超寬帶UWB技術(shù)進(jìn)行了介紹和分析，并對其調(diào)制方式和近期提出的新型高效脈形調(diào)制PSM（PulseShapeModulation）做出了初步的理論探討。

關(guān)鍵詞：超寬帶（UWB）脈形調(diào)制（PSM）正交改進(jìn)型hermite脈沖

超寬帶（UltraWideBand）作為一種新型的無線通信技術(shù)與傳統(tǒng)的通信方式相比有著很大的區(qū)別。由于它不需使用載波電路，而是通過發(fā)送納秒級脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此該技術(shù)具有發(fā)射和接收電路簡單、功耗低、對現(xiàn)存通信系統(tǒng)影響小、傳輸速率高的優(yōu)點，此外它還具有多徑分辨能力強、穿透力強、隱蔽性好、系統(tǒng)容量大、定位精度高等優(yōu)勢。根據(jù)FCC的規(guī)定，從3.1GHz～10.6GHz之間的7.5GHz帶寬頻率都將作為UWB通信設(shè)備所使用。但出于對現(xiàn)存無線系統(tǒng)影響的考慮，UWB的發(fā)射功率被限制在1mW/MHz以下。

UWB是一種可以為無線局域網(wǎng)LAN、個人域網(wǎng)PAN的接口卡和接入技術(shù)帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術(shù)。它解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的重大難題，開發(fā)了一個具有對信道衰落特性不敏感、發(fā)射信號功率普密度低、不易被截獲、復(fù)雜度不高等眾多優(yōu)點的傳輸技術(shù)。該技術(shù)尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信應(yīng)用中。

圖1

1基本概念

1超寬帶技術(shù)分析介紹

超寬帶技術(shù)顧名思義，是指占用帶的寬度大于中心頻率的25%，或?qū)挾仍?00MHz的新型無線發(fā)展技術(shù)，在寬帶的支持下形成較高的傳輸速率。其應(yīng)用廣泛，不單單在有線數(shù)字行業(yè)，在軍事領(lǐng)域也占據(jù)一席之地。區(qū)別于以往的信號傳輸，其在傳輸?shù)倪^程中擺脫了載波的限制，自動產(chǎn)生脈沖信號，利用脈沖信號進(jìn)行調(diào)制，最終形成幾兆赫茲的脈沖信號波形，是傳統(tǒng)模式寬帶所無法企及的。

2超寬帶技術(shù)的優(yōu)勢分析

超寬帶技術(shù)之所以得到廣泛應(yīng)用是基于其自身強大的優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的數(shù)字電視系統(tǒng)相比，其首先是頻譜寬度較大，不會消耗過多的功率。其次具有一定的隱蔽性，具有較高的安全系數(shù)。接著其具有超強的多晶分辨能力，填補了數(shù)字電視這方面的空白。最后其具有強大的系統(tǒng)容量，可以對更多的資源與信息進(jìn)行存儲。

3有線數(shù)字電視中超寬帶技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1超寬帶信號在有線電視中的傳輸應(yīng)用

摘要：超寬帶UWB(Ultra-WideBandwidth)脈沖通信(ImpulseRadio)技術(shù)與其它通信技術(shù)有很大不同，它具有信號功率譜密度低、不易檢測、系統(tǒng)復(fù)雜度低等優(yōu)點，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信。介紹了UWB系統(tǒng)的信號表示形式，分析了其特點，并介紹了超寬帶通信當(dāng)前的研究及應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：UWB脈沖通信信號應(yīng)用

UWB技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)。它通過對具有很陡上升和下降時間的沖激脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點。

1超寬帶信號及其特點

美聯(lián)邦通信委員會(FCC)規(guī)定：

部分帶寬號稱為UWB信號。其中，部分帶寬為信號功率譜密度在-10dB處測量的值。圖1為UWB信號與窄寬信號功率譜密度的比較；UWB信號格式如圖2所示。

1寬帶技術(shù)的發(fā)展

1．1完善基礎(chǔ)設(shè)施

基礎(chǔ)設(shè)施的完善使互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用更加大眾化和平民化，寬帶的上網(wǎng)速度也不斷提升，從過去的撥號上網(wǎng)到現(xiàn)在的光纖上網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)視頻化的發(fā)展更加流暢和高效。現(xiàn)在每一個居民小區(qū)都有寬帶上網(wǎng)線路，網(wǎng)絡(luò)成為群眾日常生活的重要部分，無線端網(wǎng)絡(luò)和APP播放軟件的應(yīng)用，使網(wǎng)絡(luò)和視頻的結(jié)合更加緊密，方便快捷的視頻播放是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的趨勢。

1．2骨干網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容

寬帶技術(shù)的發(fā)展與普及使寬帶用戶逐漸增多，因此對骨干網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)和流量的要求也更高，對骨干網(wǎng)絡(luò)多次進(jìn)行擴(kuò)容和升級，可以確保用戶正常使用寬帶，尤其是科技的發(fā)展使承載的網(wǎng)絡(luò)能夠開展多種差異化服務(wù)，滿足用戶的個性化需求。現(xiàn)在不同的終端接入模式也在發(fā)展，尤其是智能手機的普及使網(wǎng)絡(luò)的運用更加廣泛，路由器轉(zhuǎn)化設(shè)備的出現(xiàn)使多個終端設(shè)備共同上網(wǎng)，滿足學(xué)習(xí)和娛樂的需求。

2有線電視技術(shù)與寬帶技術(shù)的融合發(fā)展

根據(jù)*集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，*市科學(xué)技術(shù)委員會決定*年度集成電路設(shè)計專項項目指南。本年度專項將以戰(zhàn)略產(chǎn)品開發(fā)為導(dǎo)向，以共性、前沿技術(shù)研發(fā)為突破，與國內(nèi)超深亞微米與納米級工藝制造技術(shù)發(fā)展聯(lián)動，推進(jìn)集成電路應(yīng)用的系統(tǒng)解決方案和重點戰(zhàn)略產(chǎn)品的研發(fā)。

一、研究專題和期限

專題一：FPGA器件、配套軟件系統(tǒng)及其測試技術(shù)的研發(fā)

（一）研究目標(biāo)與內(nèi)容

研究目標(biāo)：

研發(fā)基于自主知識產(chǎn)權(quán)的FPGA器件，實現(xiàn)器件與配套軟件的產(chǎn)品化，并在通信、消費類電子、汽車電子、工業(yè)控制、互聯(lián)網(wǎng)信息安全等領(lǐng)域得到應(yīng)用。研制與國際主流芯片兼容的抗輻照百萬門級FPGA，能夠滿足航空、航天等應(yīng)用工程的需求。

摘要：在文章中，一種新型的可同時覆蓋2G，3G，4G移動通信的超寬帶天線被設(shè)計并制作出來。該天線綜合采用了端部加載技術(shù)和特殊的雙套筒技術(shù)。天線端部加載部分對天線輸入阻抗的虛部起到了抵消的作用，從而使天線的阻抗曲線變化平緩，達(dá)到了拓寬天線阻抗帶寬的目的。實測結(jié)果表明，在S11<-10dB條件下，該天線工作頻率范圍為0.783GHz~2.773GHz，即阻抗帶寬為3.47:1，相對帶寬為110.6%。在VSWR<1.5的條件下，該天線工作頻率范圍為0.86GHz~2.07GHz，即阻抗帶寬為2.41:1，相對帶寬為82.6%。同時，該天線具有水平全向的輻射特性。

關(guān)鍵詞：寬帶；移動通信；端部加載技術(shù)；雙套筒技術(shù)；全向

0引言

新的通信技術(shù)，尤其是擴(kuò)頻技術(shù)、跳頻技術(shù)以及捷變頻系統(tǒng)需要盡可能寬的天線帶寬[1]。更大的信道容量以及更快的數(shù)據(jù)傳輸速率也同樣需要超寬帶天線作為后盾[2]。近些年來，天線設(shè)計者們設(shè)計了很多用于移動通信的寬帶天線，它們通常是貼片天線或者偶極子天線[3]，而水平全向的雙套筒天線并不多見。對于傳統(tǒng)套筒天線，由于其內(nèi)部振子半徑到套筒半徑的突變，通常會導(dǎo)致阻抗匹配不夠理想，帶寬較窄。通常VSWR<2或VSWR<2.5，甚至VSWR<3[2][4]-[6]，這會帶來超過30%的電壓反射，在大功率情況下會嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。而在VSWR<1.5的前提下，傳統(tǒng)套筒天線的帶寬將變得更窄，難以滿足現(xiàn)代通信需求。因此，基于傳統(tǒng)套筒天線帶寬不足的現(xiàn)狀及現(xiàn)代通信的需求，迫切需要設(shè)計出新型的匹配良好的超寬帶天線。圖1給出了該新型寬帶雙套筒天線的建模結(jié)構(gòu)圖和截面圖。其中，套筒下端振子伸出的部門為端部加載部分。該天線各結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表I所示。

1新型寬帶雙套筒天線的仿真與實測結(jié)果

如圖2所示，該天線綜合運用了端部加載技術(shù)和雙套筒技術(shù)[7]，在VSWR<1.5的前提下，其工作頻率范圍為1.177GHz~1.851GHz，即其阻抗帶寬為1.57:1，相對帶寬為44.5%；在S11<-10dB的情況下，其工作的頻率范圍為0.796~2.773GHz，即其阻抗帶寬為3.48:1，相對帶寬為110.8%。仿真工作頻率范圍及帶寬總結(jié)如表II所示。圖2.仿真S11曲線表II新型寬帶雙套筒天線仿真工作頻率范圍及帶寬由圖3給出的在0.8GHz、1GHz、2.7GHz處的三維遠(yuǎn)場方向圖可以看出，該天線具有與對稱振子天線相似的方向圖，即在H面具有全向的輻射特性，且在水平方向具有最大增益。圖3新型寬帶雙套筒天線的三維遠(yuǎn)場方向圖為了驗證理論仿真的正確性，按照仿真模型尺寸加工出了工作中心頻率為1.6GHz的天線模型。加工出的實物天線如圖4所示。圖4新型寬帶雙套筒天線實物圖由圖5，新型寬帶雙套筒天線實測與仿真S11的對比曲線，可以看出，在S11<-10dB的條件下，測得該雙套筒天線的工作頻率范圍為0.783GHz~2.72GHz，即阻抗帶寬為3.47:1，相對帶寬為110.6%。其三個諧振點分別為1GHz，1.6GHz和2.5GHz。在VSWR<1.5的前提下，其工作頻率范圍為0.86GHz~2.07GHz，即阻抗帶寬為2.41:1，相對帶寬為82.6%。測試結(jié)果總結(jié)如表3所示。同時，由圖5可以看出，實測曲線與仿真曲線的變化趨勢是基本一致的，從而進(jìn)一步證明了該天線結(jié)構(gòu)可以拓展天線帶寬的正確性。

摘要超寬帶無線技術(shù)隨著向民用解禁正迅猛的發(fā)展，由于其信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低，系統(tǒng)復(fù)雜度低，功耗小，定位精度精確等諸多吸引人的優(yōu)點，它將在無線通信、網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)系統(tǒng)、圖像處理和定位系統(tǒng)中得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用。

關(guān)鍵詞超寬帶(UWB)；脈沖無線電；IR；OFDM；DS-UWB

美國聯(lián)邦通信委員會FCC（FederalCommunicationsCommision）于2002年2月14日通過了一項曾經(jīng)只應(yīng)用于軍事和政府部門，現(xiàn)今可民用化的超寬帶UWB（UltraWideBand）無線通信技術(shù)。UWB完全迥異于其它無線技術(shù)，具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低，系統(tǒng)復(fù)雜度低，功耗小，定位精度精確等優(yōu)點。在無線通信、網(wǎng)絡(luò)、雷達(dá)系統(tǒng)、圖像處理和定位系統(tǒng)中都具有其它技術(shù)無法比擬的優(yōu)點。它不用載波而采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進(jìn)行通信，因此也可稱作脈沖無線電(ImpulseRadio)，與二進(jìn)制移相鍵控(BPSK)信號波形相比，超寬帶不采用余弦波進(jìn)行載波調(diào)制而是發(fā)送間隔小于1ns的能量脈沖，因此它的帶寬極寬，高達(dá)數(shù)GHz，且由于頻譜的功率密度極小，它具有擴(kuò)頻通信的特點。目前，為保障全球定位系統(tǒng)GPS，導(dǎo)航系統(tǒng)和軍事通信頻段，F(xiàn)CC限定UWB頻域在3.1至10.6GHz，且發(fā)射功率低于41dB。UWB向民用解禁后，我們更為關(guān)注的是它帶來的商業(yè)和民用價值。

1UWB的特點

⑴帶寬非常寬

UWB使用帶寬高達(dá)幾個GHz，頻率范圍從3.1GHz到10.6GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，不單獨占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其它無線技術(shù)所使用的頻段，這使得頻率資源日益緊張的今天有了實質(zhì)性的緩解。