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UWB技術(shù)是一種新型的無(wú)線通信技術(shù)。它通過(guò)對(duì)具有很陡上升和下降時(shí)間的沖激脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號(hào)具有GHz量級(jí)的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)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(diǎn)。
UWB的優(yōu)點(diǎn)
與其他無(wú)線通信技術(shù)相比,UWB具有許多優(yōu)點(diǎn)。表1將UWB技術(shù)與其他無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了比較。UWB技術(shù)的特點(diǎn)有：傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強(qiáng)、功耗低、成本低。UWB通過(guò)改變脈沖的幅度、間距或者持續(xù)時(shí)間來(lái)傳遞信息。與窄帶收發(fā)信機(jī)和藍(lán)牙收發(fā)信機(jī)相比,UWB不需要產(chǎn)生正弦載波信號(hào), 可以直接發(fā)射沖激脈沖序列,因而具有很寬的頻譜和很低的平均功率,有利于與其他系統(tǒng)共存,提高頻譜利用率。
UWB不需要正弦波調(diào)制和上、下變頻,也不需要本地振蕩器、功放和混頻器等,因此體積小,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。UWB信號(hào)的處理也比較簡(jiǎn)單,只需使用很少的射頻或微波器件,射頻設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,系統(tǒng)的頻率自適應(yīng)能力強(qiáng)。可以將脈沖發(fā)射機(jī)和接收機(jī)前端集成到一個(gè)芯片上,再加上時(shí)間基和控制器,就可以構(gòu)成一部 UWB通信設(shè)備。因此,它的成本可以大大降低。
由于UWB信號(hào)采用了跳時(shí)擴(kuò)頻,其射頻帶寬可以達(dá)到1GHz以上,它的發(fā)射功率譜密度很低,信號(hào)隱蔽在環(huán)境噪聲和其他信號(hào)之中,用傳統(tǒng)的接收機(jī)無(wú)法接收和識(shí)別,必須采用與發(fā)端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào),因此增加了系統(tǒng)的安全性。
UWB信號(hào)的衰落比較低,有很強(qiáng)的抗多徑衰落的能力。UWB信號(hào)的高帶寬帶來(lái)了極大的系統(tǒng)容量,由于UWB無(wú)線電信號(hào)發(fā)射的沖激脈沖占空比極低,系統(tǒng)有很高的增益和很強(qiáng)的多徑分辨力,所以系統(tǒng)容量比其他的無(wú)線技術(shù)都高。
由于UWB信號(hào)的擴(kuò)頻處理增益比較大,即使采用低增益的全向天線,也可使用小于1mW的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)幾公里的通信。如此低的發(fā)射功率延長(zhǎng)了系統(tǒng)電源的使用時(shí)間,非常適合移動(dòng)通信設(shè)備的應(yīng)用。有研究表明,使用超寬帶的手機(jī)待機(jī)時(shí)間可以達(dá)6個(gè)月,而且低輻射功率可以避免過(guò)量的電磁波輻射對(duì)人體的傷害。
UWB-RT的應(yīng)用
隨著UWB-RT商業(yè)化的開(kāi)始用,這項(xiàng)技術(shù)為支持高速應(yīng)用和低速智能設(shè)備的短距離無(wú)線通信系統(tǒng)的部署提供了可能性。FCC定義的UWB天線系統(tǒng),使用簡(jiǎn)單的調(diào)制和編碼機(jī)制,在短距離內(nèi)可達(dá)到的信息速率大于100Mb/s。UWB在信息速率和覆蓋范圍之間可以做一個(gè)折衷。
大量的應(yīng)用場(chǎng)景適合使用UWB,主要包括：高速無(wú)線個(gè)人網(wǎng)(HDR-WPAN);無(wú)線以太網(wǎng)接口鏈路(WEIL);智能天線區(qū)域網(wǎng)(IWAN);室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(OPPN);傳感器,定位和識(shí)別網(wǎng)絡(luò)(SPIN)。
前三種情況假定UWB設(shè)備網(wǎng)絡(luò)部署在居民區(qū)或者辦公區(qū),主要傳送用于娛樂(lè)的無(wú)線視頻/音頻和控制信號(hào)。第四種情況提供室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接,而第五種考慮工業(yè)和商業(yè)環(huán)境。
1. 高速無(wú)線個(gè)人網(wǎng)(HDR-WPAN)
HDR-WPAN定義為：每個(gè)房間的活動(dòng)設(shè)備為5～10,在1～10m范圍內(nèi),數(shù)據(jù)速率為100～500Mb/s,主要基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)洹Ｊ褂矛F(xiàn)有的有線或者無(wú)線標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)中繼與外部相連。
2.無(wú)線以太網(wǎng)接口鏈路(WEIL)
可以將HDR的概念擴(kuò)展到更高的數(shù)據(jù)速率,如1Gb/s,2.5Gb/s。WEIL應(yīng)該滿足以下需求：從PC廠商方面,需要以太網(wǎng)線的替代品;從消費(fèi)者角度看,在PC和LCD屏之間要求高質(zhì)量的無(wú)線視頻傳輸能力,可以傳無(wú)線數(shù)字視頻。
3.智能天線區(qū)域網(wǎng)(IWAN)
IWAN的特征是：在室內(nèi)或者辦公室等有高密度設(shè)備的地方,覆蓋范圍為30m。設(shè)備的要求是：低成本,
低功率消耗,如1～10mw,給用戶提供家庭/ 辦公室的智能分布網(wǎng)。設(shè)備的功能有：準(zhǔn)確定位,跟蹤,支持環(huán)境敏感的設(shè)備,在當(dāng)前的窄帶短距離網(wǎng)絡(luò)中不太容易實(shí)現(xiàn)。這種情況,無(wú)線最后一英里或者到外部的可用連接可以用來(lái)發(fā)送報(bào)警、控制信號(hào),或者遠(yuǎn)程檢查家庭周?chē)鷤鞲衅鞯臓顟B(tài)。
4.室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(OPPN)
UWB設(shè)備部署在室外,主要適用于PDA上行和信息交換,新聞文本,圖片和視頻的下載。采用何種標(biāo)準(zhǔn)將決定OPPN結(jié)構(gòu)使用集中式還是分布式的,這是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的課題。
歐洲即將采用的UWB標(biāo)準(zhǔn)將嚴(yán)格限制支持室外的UWB設(shè)備的部署。然而,這種情況可能會(huì)改變,因?yàn)閁WB管制的使用也將不斷進(jìn)步,如同過(guò)去其他無(wú)線業(yè)務(wù)所經(jīng)歷的一樣。
5.傳感器,定位和識(shí)別網(wǎng)(SPIN)
SPIN系統(tǒng)的特征是：設(shè)備密度高,每層幾百個(gè),主要在工廠或者倉(cāng)庫(kù),發(fā)送帶有定位信息的低速數(shù)據(jù)包。SPIN設(shè)備使用范圍較大,如果為主從拓?fù)?在單獨(dú)設(shè)備和主站之間可達(dá)100m。在工業(yè)應(yīng)用中,SPIN需要高級(jí)鏈路可靠性和自適應(yīng)的系統(tǒng)特征,以對(duì)動(dòng)態(tài)改變的接口和傳播環(huán)境作出反應(yīng)。
UWB將起到的一個(gè)重要作用是：根據(jù)用戶需求提供有效的業(yè)務(wù)。場(chǎng)景機(jī)制的劃分和各種網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,包括上面分析的各種情況,是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的期望的。一個(gè)宏偉的目標(biāo)是,在不同場(chǎng)景下,實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫共存和互操作性。因此,設(shè)計(jì)有效的連接,自動(dòng)漫游機(jī)制和數(shù)據(jù)鏈路的自適應(yīng),是將來(lái)一個(gè)重要的研究課題。
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