超宽带无线电技术有那些优势

我是吃货

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。