UWB--一种值得关注的新技术.doc

精品文档UWB值得关注的新技术王骁机电工程学院 机械设计制造及其自动化专业学号：080606327摘要：Ultra-wideband (UWB) technology has a high transfer rate, system capacity, anti-multipath interference ability, low power consumption and cost, has gradually become the field of wireless communications research and development of a hot, and is considered the next generation of wireless communications one of the key technologies.超宽带(UWB)技术具有传输速率高、系统容量大、抗多径干扰能力强、功耗和成本低等优点，己逐渐成为无线通信领域研究开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。1 UWB的定义超宽带UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，即它不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。与常见的通信方式使用连续的载波不同，UWB极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。UWB利用纳秒级窄脉冲发射无线信号的技术， 适用于高速、近距离的无线个人通信。按照FCC 的规定，从3. 1GHz 到10. 6GHz 之间的7. 5GHz 的带宽频率为UWB 所使用的频率范围。2 UWB的技术特点通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbits至数Gbits的数据传输速率。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。UWB技术最初是被作为军用雷达技术开发的，早期主要用于雷达技术领域。2002年2月，美国FCC批准了UWB技术用于民用，UWB的发展步伐开始逐步加快。UWB具有以下特点：2.1 消耗电能小。Ultra Wideband(UWB)是一种专为短距离通讯的个人区域网路(Personal Area Networks, PAN)所设计的无线通讯技术。它能为PC周边设备、消费性电子及其它移动装置提供新一代无线互连能力。UWB的运作方式是其发送器会透过频宽达数GHz的超宽频带传送数十亿组脉冲讯号，而另一端的接收器则将脉冲讯息转译成发送器内的原始资料格式。任何无线电技术若其中间频率(center frequency)使用的频带比例高于20%，或传输频宽在500MHz以上，就属于UWB。802.11的平均功耗是500mW，以20Mbps速率计算，传输4G内容需要耗费设备电力18%;蓝牙约为60mW，以1Mbps计，耗费电力7.6%，UWB为250mW，但是传输速率可以高达400Mbps，耗电仅0.75%。UWB的待机功耗也和蓝牙一样低。2.2 带宽极宽。UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。2.3 隐蔽性好，安全性高。由于UWB信号的带宽很宽，且发射功率很低，这必然使该项通信技术具有低截获能力LPD的优点。另外超宽带还采用了跳时TH扩频技术，接收端必须在知道发射端扩频码的条件下才能解调出发送的数据信息。2.4 系统结构的实现比较简单。当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器，因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此，UWB系统结构的实现比较简单。2.5 多径分辨能力强。从时域角度看，超宽带系统采用脉冲宽度为几纳米的窄信号，因此具有很高的时间分辨能力，相应的多径分辨率小于几十厘米；从频域的角度分析，由于UWB的信号宽度极宽，所以信号在传输过程中出现频率选择性衰弱是一定的。然而正是因为极宽的带宽，多径衰落只在某些频点处出现，从整体上考虑，衰落掉的能量只是信号总能量很小的部分，所以该技术在抗多径方面仍具有鲁棒性。3 UWB与其他短距离无线通讯技术的比较从短期来看，UWB技术可以看做是蓝牙和802.11技术的一个有益补充，尤其与蓝牙的竞争意味儿更强。但从长远来看，UWB将对802.11造成更大的压力。 3.1 UWB与Bluetooth蓝牙的传输距离为10cm10m。它采用2.4GHz ISM频段和调频、跳频技术，速率为1Mbps。从技术参数上来看，UWB的优越性是比较明显的，有效距离差不多，功耗也差不多，但UWB的速度却快得多，是蓝牙速度的几百倍。从目前的情况来看，蓝牙唯一比UWB优越的地方就是蓝牙的技术已经比较成熟，但是随着UWB的发展，这种优势就不会再是优势，因此有人在UWB刚出现时，把UWB看成是蓝牙的杀手，不是没有道理的。 3.2 UWB与IEEE 802.11aIEEE802.11a是由IEEE制定的无线局域网标准之一，物理层速率在54Mbps，传输层速率在25Mbps，它的通信距离可达到100M，它主要用来解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入。而UWB的通信距离在10M左右。在短距离的范围(如10M以内)，IEEE802.11a的通信速率与UWB相比却相差太大，UWB可以达到上千兆，是IEEE802.11a的几十倍；超过这个距离范围(即大于10M)，由于UWB发射功率受限，UWB性能就差很多。4 UWB的应用UWB的用途主要可分为军事和民用两个方面。4.1军事应用4.1.1事雷达与导航。UWB技术可以实现雷达、定位、通信三种功能相结合的产品，特别适合雷达高检测分辩率和小型化的要求，便于安装在小型飞机和移动战车上。另外，UWB技术在穿墙（地）成像探测雷达、警戒雷达、高精度定位导航系统等领域有着广泛的应用价值，这些技术有的在美军中已处于实战配备前的阶段。4.1.2军事通讯。军事通信的要求呈现出大容量、低截获（LPI/D）、高速率的特征，UWB可以满足这些需求。4.2民用4.2.1无线个人空间网络。也被称作家庭网络，是UWB的主要发展方向之一。如今，家庭电子消费产品层出不穷，随着网络技术的发展，人们希望将家庭娱乐系统与Internet连到一起，可以在任何地方使用。因此，将Ad hoc网络技术、IEEE 1394接口标准与UWB传输技术相结合，把家庭娱乐设备、通信设备、计算机连接在一起构成家庭多媒体网络。4.2.2 无线USB。无线USB技术是基于超宽带无线通讯技术的全新通信标准，它通过USB接口和最先进的无线通信技术扩展了设备之间的连通性。在继承传统有线USB2.0标准所具有的较高传输速率优势的同时，充分利用UWB传输技术的灵活性和极高的自由度，能在3m的距离内实现480Mbit/s的等效带宽。兼顾了安全性、可靠性、降低功耗等特性。4.2.3车载雷达系统。基于超宽带技术的传感系统可提高传统近距离移动传感器的分辩率。依靠超宽带的高质量准确性和区分目标的功能，智能碰撞避免和巡航控制系统时代已为时不远了。5 UWB的发展前景如今科学界正掀起一般UWB的革命浪潮，UWB技术已成为未来最有发展前景的十大通信技术之一。我国同样也非常重视这项革命性技术的研究，并于2001年9月初发布的“十五”863计划通信技术主题研究项目中，把超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研发工作。超宽带技术开创出无线通信中一个崭新的领域，拥有十分广阔的市场前景。或许假以时日，UWB将作为无线互连标准的主流出现在人们面前，让我们拭目以待。参考文献：1. 王一强. UWB超宽带技术研究及应用J.江西通信科技,2008(3).2. 贺鹏飞.浅析超宽带通信技术发展及应用前景J.科技信息,2008(30).3. 陈传红.值得关注的一种新兴近距离无线通信技术超宽带UWBJ.移动通信,2008(17).4. 张士兵.无线技术的应用前景及其挑战J.南通大学学报(自然科学版)，2005年3月第4卷第1期。5. Shen Xuemin, Guiani M