[发明专利]一种采用多根定向天线增强覆盖的超宽带集成电路系统

说明书

本发明属于无线超宽定位及通信技术领域，提出一种采用多根定向天线增强覆盖的超宽带集成电路系统。该系统由一套UWB集成电路和2根或2根以上的定向天线组成；该集成电路包括由1个接收数字信号的UWB基带电路和1个发送数字信号的UWB基带电路组成的UWB基带电路，由1个或1个以上的UWB接收模拟前端和1个或1个以上的UWB发送模拟前端组成的UWB模拟前端，1个合路器，1个分路器，2个或2个以上的双工器；所述定向天线分别与双工器的信号输出线相连；UWB模拟前端分别与UWB基带电路、双工器相连。本发明具有较好的覆盖性能以及避免多径效应下更高精度的定位等特点，特别适用于隧道、管廊和巷道等室内部署场景。

技术领域

本发明属于无线超宽(UWB)定位及通信技术领域，特别提出一种采用多根定向天线增强覆盖的超宽带集成电路系统，特别适用于隧道、管廊和巷道等室内部署场景。

背景技术

超宽带(UWB)技术是一种新型的无线通信技术。其超宽带的概念就是针对其工作的频段来说的，因其拥有极大的带宽，频率可从3.1GHz到10.6GHz，共7.5GHz的频率带宽，所以相对其他通信技术来说其带宽特别大，一般使用的带宽在500MHz以上，故称为超宽带。UWB技术原来被广泛用于军事方面的用途，2002年后技术解禁，准许进入民用领域。进入民用领域后，得到了迅速发展，目前其主要应用有两个场景。一个是无线通信场景，即：支持宽带无线通信传输，传输速率可以到达480Mbps，现有无线通信传输标准参考WiMedia标准体系。另外一个是无线定位场景，即：利用其纳秒或微秒级以下极窄脉冲来实现无线传输的特点，通过检测信号脉冲位置结合某些定位算法来计算信号在空中飞行的时间，该时间乘上信号在空中传输的速率(一般认为是光速)，即得到检测设备和被检测设备之间的距离，达到定位的目的，精度可以达到厘米级别的精确定位。根据UWB技术的无线通信功能，其能应用于无线通信传输领域，广泛应用于替代短距离有线通信，如：USB接口、显示器连接线等。另外，根据UWB技术的定位功能，其还广泛应用于目前比较热门的室内高精度定位应用领域，如：隧道、管廊和地铁场景下人员位置实时跟踪，工业制造场景下人、物和车辆的跟踪和监控，能源开采场景下人员岗位管理、生产安全监控，公检法场景下羁押人员监控管理，室内导航，展厅智能导览，养老院人员跟踪管理，寻物，汽车感应钥匙以及公司考勤管理等。

超宽带集成电路系统主要包括天线和集成电路两部分。

定向天线的天线增益远好于全向天线的天线增益。天线是UWB定位系统的重要组成部分，天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。根据方向性的不同，天线有全向和定向两种。全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大，价格便宜。增益一般在0～5dBi。定向天线，在水平方向上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，增益一般在10～30dBi。在一般情况下，由于定向天线的水平方向波束较全向天线的水平方向波束集中，则在相同工况情况下定向天线的覆盖距离范围是要大于全向天线的覆盖距离范围的，因此从覆盖范围角度看，定向天线的天线增益可以远好于全向天线的天线增益。故定向天线相对全向天线在通信系统中一般应用于通信距离远，覆盖范围较大的环境。

多径效应对于UWB技术的无线通信和无线定位都有着十分严重的影响。对于UWB定位应用方面，其一般在室内部署，由于空间的局限，会存在多径效应问题。多径效应是指电磁波经不同路径传播后，如：衍生或反射等，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真，或者产生错误。比如电磁波沿不同的两条路径传播，而在极端情况下两条路径的长度正好相差半个波长，那么两路信号到达终点时正好相互抵消了(波峰与波谷重合)，因此，多径效应是信号衰落的重要成因。