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值得關注的一種新的無線通信技術---UWB

內蒙古德明電子科技有限公司產品解決方案 聯系電話:張工

發布日期:2022-06-30

目前一種新的無線通信技術引起了人們的廣泛關注,這就是所謂的"UWB(Ultra WideBand,超寬帶無線技術)"技術。正如其名稱一樣,UWB技術是一種使用1GHz以上帶寬的最先進的無線通信技術,被認為是未來五年電信熱門技術之一。但是UWB不是一個全新的技術,它實際上是整合了業界已經成熟的技術如無線USB、無線1394等連接技術。


什么是UWB

UWB是一種高速、低成本和低功耗新興無線通信技術。

UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%。與常見的通信方式使用連續的載波不同,UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息,通常每個脈沖持續的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz,因此最大數據傳輸速率可以達到幾百Mbps。在高速通信的同時,UWB設備的發射功率卻很小,僅僅是現有設備的幾百分之一,對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲,因此從理論上講,UWB可以與現有無線電設備共享帶寬。所以,UWB是一種高速而又低功耗的數據通信方式,它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。  

  由于UWB與傳統通信系統相比,工作原理迥異,因此UWB具有如下傳統通信系統無法比擬的技術特點:

  (1) 系統結構的實現比較簡單:
當前的無線通信技術所使用的通信載波是連續的電波,載波的頻率和功率在一定范圍內變化,從而利用載波的狀態變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波,它通過發送納秒級脈沖來傳輸數據信號。UWB發射器直接用脈沖小型激勵天線,不需要傳統收發器所需要的上變頻,從而不需要功用放大器與混頻器,因此,UWB允許采用非常低廉的寬帶發射器。同時在接收端,UWB接收機也有別于傳統的接收機,不需要中頻處理,因此,UWB系統結構的實現比較簡單。

  (2) 高速的數據傳輸:
民用商品中,一般要求UWB 信號的傳輸范圍為10m以內,再根據經過修改的信道容量公式,其傳輸速率可達500Mbit/ s,是實現個人通信和無線局域網的一種理想調制技術。UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數據傳輸,并且不單獨占用現在已經擁擠不堪的頻率資源,而是共享其他無線技術使用的頻帶。在軍事應用中,可以利用巨大的擴頻增益來實現遠距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數據傳輸。

    (3) 功耗低:
UWB 系統使用間歇的脈沖來發送數據,脈沖持續時間很短,一般在0. 20ns~1. 5ns 之間,有很低的占空因數,系統耗電可以做到很低,在高速通信時系統的耗電量僅為幾百μW~幾十mW。民用的UWB 設備功率一般是傳統移動電話所需功率的1/ 100 左右,是藍牙設備所需功率的1/ 20 左右。軍用的UWB 電臺耗電也很低。因此,UWB 設備在電池壽命和電磁輻射上,相對于傳統無線設備有著很大的優越性。

  (4) 安全性高:
作為通信系統的物理層技術具有天然的安全性能。UWB系統的發射功率譜密度非常低,有用信息完全淹沒在噪聲中,被截獲概率很小,被檢測的概率也很低,由于UWB 信號一般把信號能量彌散在極寬的頻帶范圍內,對一般通信系統,UWB 信號相當于白噪聲信號,并且大多數情況下,UWB 信號的功率譜密度低于自然的電子噪聲,從電子噪聲中將脈沖信號檢測出來是一件非常困難的事。采用編碼對脈沖參數進行偽隨機化后,脈沖的檢測將更加困難。

  (5) 多徑分辨能力強:
由于常規無線通信的射頻信號大多為連續信號或其持續時間遠大于多徑傳播時間, 多徑傳播效應限制了通信質量和數據傳輸速率。由于超寬帶無線電發射的是持續時間極短的單周期脈沖且占空比極低,多徑信號在時間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時間上發生交疊,其多徑傳輸路徑長度應小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號在時間上不重疊,很容易分離出多徑分量以充分利用發射信號的能量。大量的實驗表明,對常規無線電信號多徑衰落深達10~ 30 dB 的多徑環境, 對超寬帶無線電信號的衰落最多不到5 dB。

  (6) 定位精確:
沖激脈沖具有很高的定位精度,采用超寬帶無線電通信,很容易將定位與通信合一,而常規無線電難以做到這一點。超寬帶無線電具有極強的穿透能力,可在室內和地下進行精確定位,而GPS 定位系統只能工作在GPS 定位衛星的可視范圍之內; 與GPS 提供絕對地理位置不同,超短脈沖定位器可以給出相對位置, 其定位精度可達厘米級, 此外,超寬帶無線電定位器更為便宜。

  (7) 工程簡單造價便宜:
在工程實現上,UWB比其它無線技術要簡單得多,可全數字化實現。它只需要以一種數學方式產生脈沖,并對脈沖產生調制,而這些電路都可以被集成到一個芯片上,設備的成本將很低。

UWB系統特點適合于高速移動環境下使用。更重要的是,UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信,UWB通信系統幾乎是全數字通信系統,所需要的射頻和微波器件很少,這樣可以減小系統的復雜性,降低成本。可以說,低成本、低功耗、高速率、簡單有效的UWB通信正是人類所期望的夢幻般的無線通信方式。

當然,UWB通信也存在不足,主要問題是 no form by the id.

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