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超宽带无线电技术有那些优势

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 楼主| 发表于 2022-9-27 11:14:10 | 显示全部楼层 |阅读模式
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什么是超宽带无线通信技术?
超宽带(UWB)技术是目前备受关注的一种新型短距离高速无线通信技术。多年来,这项技术一直在军事领域中使用。UWB在民用领域开放后,有望凭借其超高的传输速度和低功率、低成本等优势给短距离无线接入市场注入新的活力。
  • UWB的特点
应用于无线通信领域的UWB是一种低功率的无线电技术。按照2002年美国联邦通信委员会(FCC)在向民用领域开放UWB时的定义,超宽带技术指的是信号相对带宽(即信号带宽与中心频率之比)不小于0.2或绝对带宽不小于500 MHz,并使用指定的3.1 GHz~10.6 GHz频段的通信方式。与其他传统的无线通信技术相比较,UWB的技术特点主要有:
  (1)传输速率高
  UWB系统使用上千兆赫兹的超宽频带,所以即使把发送信号功率谱密度控制得很低,也可以实现高达100 Mb/s~500 Mb/s的信息速率。根据仙农信道容量公式,如使用7 GHz带宽,那么即使信噪比低至-10 dB,理论信道容量也能达到1 Gb/s[1], 因此实际中实现100 Mb/s以上的速率是完全可能的。
  (2)通信距离短
  由于随着传播距离的增加高频信号强度衰减太快,因此使用超宽频带的系统更适合于进行短距离通信。理论分析表明,当收发机之间的距离大于12 m时,UWB的信道容量低于传统的窄带系统。
  (3)平均发射功率低
  在短距离应用中,UWB发射机的发射功率通常可做到低于1 mW,这是通过牺牲带宽换取的。FCC规定UWB的发送功率谱密度必须低于美国放射噪音规定值-41.3 dBm/MHz,因此,从理论上来说相对于其他通信系统UWB信号所产生的干扰仅相当于一宽带白噪声。所带来的好处体现在两方面:一是可使UWB系统与同频段的现有窄带通信系统保持良好共存性,这对于提高无线频谱资源的利用率,缓解日益紧张的无线频谱资源大有好处;二是使得UWB信号隐蔽性好,不易被截获,保密性高。
  (4)多径分辨率极高
  由于UWB采用持续时间极短的窄脉冲,其时间、空间分辨力都很强,因此系统的多径分辨率极高(1 ns脉冲的多径分辨率为30 cm),接收机通过分集可以获得很强的抗衰落能力,同时在进行测距、定位、跟踪时也能达到更高的精度。值得一提的是,窄脉冲具有很强的穿透各种障碍物的能力,例如墙壁和地板,因此UWB具有比红外通信更为广泛的应用。
  (5)适合于便携型应用
  传统的UWB技术使用基带传输,无需进行射频调制和解调,由此带来的好处是设备的功耗小,成本低,灵活性高,适合于便携型无线应用。
归根溯源,从频域上来看,UWB的诸多优点来自于其使用了上吉赫兹的传输带宽,远远高于现有的GSM、IS-95、3G等通信系统。因此,UWB的技术实现细节与传统的窄带通信方式有很大差别。

  • UWB的应用
凭借着短距离传输范围内的高传输速率这一巨大优势,UWB进军民用市场之初就将其应用定位在了无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)上。现有的各种无线解决方案(例如3G、802.11、蓝牙等)的速率均低于100 Mb/s,UWB则在10 m左右的范围之内打破了这一限制。这样一种小范围内的通信,特别是高速通信,通常是用有线连接来完成的,而UWB的应用将使得人们可以摆脱更多线缆的牵绊,通信因而变得更为方便。家中的台式电脑不再需要各种线缆分别连接显示器、打印机和扫描仪,摄像机向电视实时输送录像也代之以高速无线连接,这将会给人们的生活带来极大的便利。人们也可以用同样的技术来帮助警察搜寻隔墙的逃犯,以及解救那些被围困在倒塌建筑物里面的人们,甚至防止汽车相撞。类似的应用将会层出不穷,远远超过人们目前的想象空间。就现在的发展趋势来推断,UWB的应用将主要集中在以下几个方面:
  (1)各种移动设备之间的高速信息传输,例如PDA、MP3、可视电话、3G手机等设备之间的短距离点到点通信,包括多媒体文件传输、游戏互动等。
  (2)桌面PC机、笔记本电脑、移动设备与各种外设之间的无线连接,例如与打印机、扫描仪、存储设备等的无线连接。
  (3)数字电视、家庭影院、DVD机、投影机、数码相机、机顶盒等家用电子设备之间的可视文件和数据流的传输。
  总之,UWB定位于各种消费类电子设备和终端间的高速无线连接。由于消费类电子设备很多,决定了UWB的应用将非常广泛。UWB技术专家们预计到2006年,UWB技术将带来10亿美元的市场销售额。

  • 超宽带技术的优势
超宽带技术作为无线个域网的技术之一,具有很多特点。第一,提高频段的利用率,超宽带利用了未被授权使用的频段,即3.1-10.6GHz频段,在不干扰其它无线通信时最大的利用了这段频段。第二,传输数率高,根据香农定理,数据的最大传输率和信号带宽有如下关系:

其中,C代表信道容量,BW表示带宽,传输速率和带宽成正比,因此对于超宽带系统,具有高数据传输率的潜能,取决于具体的超宽带协议。第三,超宽带使用非常灵活,对于不同应用领域,有不同的参数和功能要求,如数据率,功耗,传输范围等参数,通信,定位等功能,超宽带能够提供多种应用需求而无需额外的硬件资源。第四,高的时间分辨率,UWB发射的脉冲极窄,时间分辨率很高,因此在抗多径效应的方面表现优异,利用高的时间分辨率特点,应用在定位,测距领域时,具有高的定位精度或测距精度。

基于上述优点,使得超宽带在很多方面都有应用,在实现设备之间的通信时,还可应用于定位,雷达,汽车防撞,测距等军用民用上。因此超宽带技术成为了短距离无线通信技术的有力竞争者。

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