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UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術(shù),UWB又名寬帶。利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。有人稱它為無線電領(lǐng)域的一次革命性進(jìn)展,認(rèn)為它將成為未來短距離無線通信的主流技術(shù)。一開始是使用脈沖無線電技術(shù),此技術(shù)可追溯至19世紀(jì)。后來由Intel等大公司提出了應(yīng)用了UWB的MB-OFDM技術(shù)方案,由于兩種方案的截然不同,而且各自都有強大的陣營支持,制定UWB標(biāo)準(zhǔn)的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出*終的標(biāo)準(zhǔn)方案,于是將其交由市場解決。
1、系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出C=Blog2 (1+S/N)可以看出,帶寬增加使信道容量的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號功率上升所帶來的效應(yīng),這一點也正是提出寬帶技術(shù)的理論機理。寬帶無線電系統(tǒng)用戶數(shù)量大大高于3G 系統(tǒng)。
2、高速的數(shù)據(jù)傳輸。UWE 系統(tǒng)使用上吉赫茲的寬頻帶,根據(jù)香農(nóng)信道容量公式,即使把發(fā)送信號功率密度控制得很低,也可以實現(xiàn)高的信息速率。一般情況下,其*數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾百兆比特每秒到吉比特每秒。
3、多徑分辨能力強。UWE 由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率,窄脈沖的多徑信號在時間上不易重疊,很容易分離出多徑分量,所以能充分利用發(fā)射信號的能量。實驗表明,對常規(guī)無線電信號多徑衰落深達(dá)10~30dB 的多徑環(huán)境,UMB 信號的衰落*多不到5dB。
4、隱蔽性好。因為UWB 的頻譜非常寬,能量密度非常低,因此信息傳輸安全性高。另一方面,由于能量密度低,UMB設(shè)備對于其他設(shè)備的干擾就非常低。
5、定位。沖激脈沖具有很高的定位精度,采用寬帶無線電通信,可在室內(nèi)和地下進(jìn)行定位,而GPS 定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)。與GPS 提供*地理位置不同,短脈沖定位器可以給出相對位置,其定位精度可達(dá)厘米級。
6、抗干擾能力強。UWB 擴頻處理增益主要取決于脈沖的占空比和發(fā)送每個比特所用的脈沖數(shù)。UWB的占空比一般為0.01~0.001,具有比其他擴頻系統(tǒng)高得多的處理增益,抗干擾能力強。一般來說,UWE 抗干擾處理增益在50dB 以上。
7、低成本和低功耗。UMB無線通信系統(tǒng)接收機沒有本振、功放、鎖相環(huán)(PLL)、壓控振蕩器(VC0)、混頻器等,因而結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)備成本將很低。由于UWB信號無需載波,而是使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù),脈沖持續(xù)時間很短,一般在0.20~1.5ns 之間,有很低的占空因數(shù),所以它只需要很低的電源功率。一般UWB 系統(tǒng)只需要50~70mW的電源,是藍(lán)牙技 術(shù)的十分。盡管如此,UJWB 在技術(shù)上面臨一定的挑戰(zhàn),還有諸多技術(shù)的問題有待研究解決, 比如需要更好地理解UWB 傳播信道的特點,建立信道模型,解訣多徑傳播; 需要進(jìn)一步研究高速脈沖信號的生成、處理等技術(shù); 研究新的調(diào)制技術(shù),進(jìn)一步降低收發(fā)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度等。
由于UWB具有強大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢,同時受發(fā)射功率的限制,在短距離范圍內(nèi)提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸將是UWB的重要應(yīng)用領(lǐng)域,如當(dāng)前WLAN和WPAN的各種應(yīng)用。的說來,UWB主要分為和民用兩個方面。
(1)軍事通信
軍事通信的要求呈現(xiàn)出大容量、低截獲(LPI/D)、高速率的特征,UWB可以滿足這些需求。
(2)軍事雷達(dá)與導(dǎo)航
UWB技術(shù)可以實現(xiàn)雷達(dá)、定位、通信三種功能相結(jié)合的產(chǎn)品,特別適合雷達(dá)高檢測分辯率和小型化的要求,便于安裝在小型飛機和移動戰(zhàn)車上。另外,UWB技術(shù)在穿墻/地成像探測雷達(dá)、警戒雷達(dá)、高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值,這些技術(shù)有的在美已處于實戰(zhàn)配備前的階段。
UWB在無線個域網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫媸袌鰪V闊,前景誘人。其應(yīng)用發(fā)展趨勢將主要集中在以下幾個方面。
(1)無線個人空間網(wǎng)絡(luò)(WPAN)
也被稱作家庭網(wǎng)絡(luò),是UWB的主要發(fā)展方向。如今,家庭電子消費產(chǎn)品層出不窮,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,人們希望將家庭娛樂系統(tǒng)與Internet連到一起,可以在任何地方使用。因此,將Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、IEEE1394接口標(biāo)準(zhǔn)與UWB傳輸技術(shù)相結(jié)合,把家庭娛樂設(shè)備、通信設(shè)備、計算機連接在一起構(gòu)成家庭多媒體網(wǎng)絡(luò),非常有發(fā)展前景。
(2)無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)
UWB本身固有的優(yōu)點可以顯著提高無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的性能,擴展它的應(yīng)用范圍。UWB抗多徑干擾的魯棒性解決了困擾無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)多年的難題;UWB的低發(fā)射功率使得基于UWB的無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共
存,節(jié)省寶貴的頻譜資源,提高了數(shù)據(jù)速率,從而使得大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用成為可能。
(3)無線USB(WUSB)
WUSB技術(shù)是基于寬帶無線通信技術(shù)的全新通信標(biāo)準(zhǔn),它通過USB接口和*的無線通信技術(shù)擴展了設(shè)備之間的連通性。在繼承傳統(tǒng)有線USB2.0標(biāo)準(zhǔn)所具有的較高傳輸速率優(yōu)勢的同時,充分利用UWB傳輸技術(shù)的靈活性和極高的自由度,能在3m的距離內(nèi)實現(xiàn)480Mbit/s的等效帶寬,兼顧了安全性、可靠性、降低功耗等特性。
(4)智能無線局域網(wǎng)
智能無線局域網(wǎng)的基本要求是提供一個低成本、低功耗的智能傳輸網(wǎng),UWB系統(tǒng)可以方便地應(yīng)用于無線局域網(wǎng),如智能交通系統(tǒng)中,提供高性能、低成本的解決方案。
(5)車藏疊達(dá)系統(tǒng)
基于寬帶技術(shù)的傳感系統(tǒng)可提高傳統(tǒng)近距離移動傳感器的分辯率,依靠寬帶的高質(zhì)量準(zhǔn)確性和區(qū)分目標(biāo)的功能。智能碰撞避免和巡航控制系統(tǒng)時代已為時不遠(yuǎn)了。
(6)室外對等網(wǎng)
這種網(wǎng)絡(luò)主要是用在室外滿足掌上電腦(PDA)的數(shù)據(jù)交換、數(shù)字報亭報刊文摘的快速下載、音像制品的租售等,這些實用價值構(gòu)成了UWB應(yīng)用的一個巨大潛在市場。
當(dāng)然UWB還在醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域有著諸多的應(yīng)用,它的*終目標(biāo)是與其他異類網(wǎng)絡(luò)無縫共存、協(xié)同工作,實現(xiàn)隨時隨地的通信。
雖然國內(nèi)存在巨大的寬帶市場發(fā)展空間。但由于標(biāo)準(zhǔn)的爭論,預(yù)計真正的寬帶市場將經(jīng)過較長的一段時間才能逐漸形成并壯大。這正是我們的機遇,我國UWB研究的策略應(yīng)遵循以下幾點。
(1)盡快制定民用UWB無線通信使用頻譜的規(guī)定,促進(jìn)UWB技術(shù)在民用領(lǐng)域的發(fā)展。
(2)國內(nèi)的相關(guān)研究機構(gòu)和企業(yè)應(yīng)該聯(lián)合起來進(jìn)行UWB的研發(fā),盡量避免重復(fù)的投入。這樣才有可能縮小與國際*水平的差距。
(3)在研究中,應(yīng)該著重開發(fā)具有知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù),不應(yīng)簡單地重復(fù)別人的工作。
(4)在研究的基礎(chǔ)上,應(yīng)該圍繞我們掌握的知識產(chǎn)權(quán),結(jié)合國際上UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行我國UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定,為UWB的產(chǎn)業(yè)化鋪平道路。
(5)在UWB的發(fā)展方向方面,我們應(yīng)針對調(diào)制載波和基帶窄脈沖方式這兩類方案的特點,對它們分別進(jìn)行研究、開發(fā),并將它們應(yīng)用到適當(dāng)?shù)念I(lǐng)域。
在信息技術(shù)飛速發(fā)展的,UWB必定會以其高速、安全、低成本等諸多優(yōu)點,吸引越來越多研究者的注意,發(fā)展?jié)摿笆袌隹臻g不可估量。必須承認(rèn)國內(nèi)對于UWB的研究多處在測試仿真和學(xué)階段,缺乏原創(chuàng)性的核心技術(shù),這對我國這樣一個消費大國來說是很不利的,因此我們必須花大力氣在這些高新技術(shù)研究上,提高*科技競爭實力。著眼于未來,UWB芯片將是使用量極大的常用芯片,必將廣泛應(yīng)用于計算機、消費電子和移動終端等便攜設(shè)備。完全靠進(jìn)口是不可想象的。因此,我國應(yīng)該及早參考和借鑒國外研究成果。制訂適合我國國情的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī),*終實現(xiàn)研發(fā)、本土生產(chǎn)
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