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延伸拓展

詳情介紹：今天我們來了解一些UWB的原理是什么樣的。UWB技術基本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖間隔嚴格受控的高斯單周期超短時脈沖，超短時單周期脈沖決定了信號的帶寬很寬，接收機直接用一級前端交叉相關器就把脈沖序列轉換成基帶信號，省去了傳統(tǒng)通信設備中的中頻級，極大地降低了設備復雜性。UWB技術采用脈沖位置調制PPM單周期脈沖來攜帶信息和信道編碼，一般工作脈寬0.1-1.5ns （1納秒= 十億分之一秒），重復周期在25-1000ns。圖1顯示了實用的單周期高斯脈沖的時域波形和頻域特性，圖中脈沖的中心頻率在2GHz。實際通信中使用一長串的脈沖，圖2顯示了周期性重復的單脈沖的時域和頻域特性。頻譜中出現了強烈的能量尖峰，這是由于時域中信號重復的周期性造成了頻譜的離散化。這些尖峰將會對傳統(tǒng)無線電設備和信號構成干擾，而且這種十分規(guī)則的脈沖序列也沒有攜帶什么有用信息。改變時域的周期性可以減低這種尖峰，即采用脈沖位置調制PPM。比如可以用每個脈沖出現位置超前或落后于標準時刻一個特定的時間δ來表示一個特定的信息。圖3是一個二進制信息調制的示例。調制前脈沖的平均周期和調制量δ的數值都極小。因此調制后在接收端需要用匹配濾波技術才能正確接收，即用交叉相關器在達到零相位差的時候就可以檢測到這些調制信息，哪怕信號電平低于周圍噪聲電平。由圖還可見調制后降低了頻譜的尖峰幅度，之所以仍不夠十分平滑是因為時間位置偏移量不夠大，也不夠雜亂。為了進一步平滑信號頻譜，可以讓重復時間的位置偏移量δ大小不一，變化隨機，同時也為了在共同的信道比如空中取得自己專用的信道，即實現通信系統(tǒng)的多址，可以對一個相對長的時間幀內的脈沖串按位置調制進行編碼，特別是采用偽隨機序列編碼。接收端只有用同樣的編碼序列才能正確接收和解碼。圖4顯示了偽隨機時間調制編碼后的脈沖序列的波形和頻譜。圖中頻譜已經接近白噪聲頻譜，功率也小了許多，這就是偽隨機編碼產生的效果。適當地選擇碼組，保證組內各個碼字相互正交或接近正交，就可以實現碼分多址。UWB系統(tǒng)采用相關接收技術，關鍵部件稱為相關器（correlator）。相關器用準備好的模板波形乘以接收到的射頻信號，再積分就得到一個直流輸出電壓。相乘和積分只發(fā)生在脈沖持續(xù)時間內，間歇期則沒有。處理過程一般在不到1ns的時間內完成。相關器實質上是改進了的延遲探測器，模板波形匹配時，相關器的輸出結果量度了接收到的單周期脈沖和模板波形的相對時間位置差。圖5顯示了不同位置七個脈沖經相關器后的波形走勢，750ns后的穩(wěn)定波形是輸出結果。值得注意的是，雖然UWB信號幾乎不對工作于同一頻率的無線設備造成干擾。但是所有帶內的無線電信號都是對UWB信號的干擾，UWB可以綜合運用偽隨機編碼和隨機脈沖位置調制以及相關解調技術來解決這一問題。

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