UWB和UWB定位技术的原理

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一. UWB是什么

UWB即超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术是一种使用1GHz以上频率带宽的无线载波通信技术,它不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽。

 

UWB技术具有系统复杂度低发射信号功率谱密度低,对信道衰落不敏感截获能力低定位精度高等优点,尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。其所占的频谱范围很大,尽管使用无线通信,但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。使用UWB技术可在非常宽的带宽上传输信号,美国联邦通信委员会(FCC)对UWB技术的规定为:在3.1~10.6GHz频段中占用500MHz以上的带宽。

UWB

UWB技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术。UWB技术利用频谱极宽的超宽基带脉冲进行通信,故又称为基带通信技术、无线载波通信技术,主要用于军用雷达、定位和低截获率/低侦测率的通信系统中。2002年2月,美国联邦通信委员会发布了民用UWB设备使用频谱和功率的初步规定。该规定中,将相对带宽大于0.2或在传输的任何时刻带宽大于500MHz的通信系统称为UWB系统,同时批准了UWB技术可用于民用商品。随后,日本于2006年8月开放了超宽带频段。由于UWB技术具有数据传输速率高(达1Gbit/s)、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、截获率低、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点,UWB技术成为无线个人局域网通信技术(WPAN)的首选技术。

 

基本原理

UWB实质上是以占空比很低的冲击脉冲作为信息载体的无载波扩谱技术,它是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制。典型的UWB直接发射冲击脉冲串,不再具有传统的中频和射频的概念,此时发射的信号既可看成基带信号(依常规无线电而言),也可看成射频信号(从发射信号的频谱分量考虑)。

 

冲击脉冲通常采用单周期高斯脉冲,一个信息比特可映射为数百个这样的脉冲。单周期脉冲的宽度在纳秒级,具有很宽的频谱。UWB开发了一个具有吉赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。基于CDMA的UWB脉冲无线收发信机在发送端时钟发生器产生一定重复周期的脉冲序列,用户要传输的信息和表示该用户地址的伪随机码分别或合成后对上述周期脉冲序列进行一定方式的调制,调制后的脉冲序列驱动脉冲产生电路,形成一定脉冲形状和规律的脉冲序列,然后放大到所需功率,再耦合到UWB天线发射出去。在接收端,UWB天线接收的信号经低噪声放大器放大后,送到相关器的一个输入端,相关器的另一个输入端加入一个本地产生的与发端同步的经用户伪随机码调制的脉冲序列,接收端信号与本地同步的伪随机码调制的脉冲序列一起经过相关器中的相乘、积分和取样保持运算,产生一个对用户地址信息经过分离的信号,其中仅含用户传输信息以及其他干扰,然后对该信号进行解调运算。

 

 

二. UWB定位技术

UWB定位技术是室内定位技术的一种,它是现今室内定位技术中发展前景较高的一种具有穿透力强、功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。因此,UWB定位技术可以应用于室内静止或者移动物体以及人的定位跟踪与导航,且能提供十分精确的定位信息。

 

UWB定位技术原理

提到UWB定位技术的原理,首先要知道它的测距原理才行。UWB定位技术采用的是TOF(飞行时差)测距,TOF测距方法属于双向测距技术,它主要利用信号在两个收发机之间飞行时间来测量节点间的距离。模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳 。模块A的发射机在其时间戳上的a1发射请求性质的脉冲信号,模块B在b2时刻发射一个响应性质的信号,被模块A在自己的时间戳a2时刻接收。通过公式就可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间,从而确定飞行距离。因为在视距视线环境下,基于TOF测距方法是随距离呈线性关系,所以测算结果会更加精准。

测距

知道了UWB的测距原理,再来了解UWB的室内定位原理就很容易了。UWB的室内定位功能和卫星原理很相似,就是通过室内布置数个已知坐标的定位基站,需要定位的人员携带定位标签,标签按照一定的频率发射脉冲,不断和几个基站进行测距,通过一定的精确算法定出标签的位置!

定位

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未来属于超宽带(UWB)

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UWB是什么?一文了解UWB

UWB指Ultra Wide-Band(超宽带),是一种新型的无线通信技术,它不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很大,尽管使用无线通信,但其数据传输速率可以达到几百兆比特每秒以上。 UWB技术利用频谱极宽的超宽基带脉冲进行通信,故又称为基带通信技术、无线载波通信技术,主要用于军用雷达、定位和低截获率/低侦测率的通信系统中。