UWB技術簡介及其應用一、超寬帶的定義

現在的超寬帶已經不局限于早期的脈沖形式的無線電，任何無線電系統，只要它滿足下面的條件之一就稱為超寬帶系統：2（fH-ffH-fL式中，fH和fL分別是傳輸帶寬的高端頻率和低端頻率。此外，FCC規定超寬帶設備的功率譜密度不超過-41.3dBM/Hz，以避免對已有的通信系統(比如GPS)產生干擾。FCC的功率譜密度限制顯示在圖1。圖1UWB在室內的頻譜屏蔽二、超寬帶的實現技術1.沖激無線電沖激無線電使用脈位調制，或二進制相移鍵控BPS或者脈沖幅度調制的基帶短脈沖串傳輸數據符號。沖激無線電采用跳時或直接序列實現多址接入。在跳時方式中，是通過脈沖到達的時間順序區分用戶，在直接序列方式中是通過脈沖的極性序列來區分用戶。沖激無線電系統具有低成本、容易實現、衰落深度淺和好的穿透能力等，但是基帶短脈沖具有一部分低頻分量，這部分低頻分量在高速通信中很難達到FFC的功率譜密度的規定。目前沖激無線電系統通常應用在定位搜索以及低速的數據通信中。

2.MB-OFDMMB-OFDM(多帶正交頻分復用)是由德州儀器提出，得到以Intel與德州儀器為首的MBOA(多帶聯盟)的支持，MB-OFDM將頻分復用和頻率交織技術結合起來。MB-OFDM將7.5GHz的帶寬分成了若干個528MHz的頻帶，并且不使用5.2～5.7GHz的802.11a的頻帶。它的調制方式是正交頻分復用，也就是以時間交織方式在不同的頻帶上傳輸信息。它使用時頻碼來區分用戶。MB-OFDM系統能夠支持4～16個同時發生的微微網。MB-OFDM有很高的頻譜靈活性，在射頻干擾和多徑效應中具有恢復能力，缺點是稍微增加了發射器的復雜性。5．超寬帶的定位精度與其帶寬直接相關其帶寬一般在500MHz以上，遠遠高出了一般的無線通信信號，因此，其所能實現的定位精度也很高。基帶的窄脈沖的信號，因為其帶寬通常在數GHz，所以其定位精度更是可以高達厘米量級。四、超寬帶的應用超寬帶無線通信技術的主要功能包括無線通信和定位功能。進行高速無線通信時，傳輸距離較近，一般在10到20米左右，進行較低的速率無線通信和定位時，傳輸距可更遠。超寬帶采用基帶脈沖方式時，具有較強的透視功能，可以穿透數層墻壁進行通信，成像或定位。與全球定位系統相比，超寬帶技術的定位精度更高。根據上述的功能，超寬帶技術可以應用于無線多媒體局域網、家域網、個域網，無線傳感網，雷達定位、成像系統和交通系統，以及應用于軍事、公安、救援、醫療、測量等多個領域。無線多媒體局域網、家域網、個域網在無線多媒體局域網、家域網、個域網中，各種數字多媒體設備，如數碼攝像機、MP3播放器、數字電視、計算機、投影儀、各種智能家電等，根據需要，在小范圍內組成組織式的網絡，互相傳送多媒體數據，并可以通過安裝在家中的寬帶網關，接入因特網，構成一個智能家庭環境。表1列舉了目前的一些無線多媒體業務對數據傳輸速率的要求，目前只有超寬帶技術可以滿足各種無線多媒體應用的傳輸速率需要。應用要求的速率應用要求的速率無線視頻投影15—70Mbps大容量多媒體文件拷貝100Mbps以上高清晰度電視20—80Mbps替代有線電纜IEEE1394a100/200/400Mbps數碼攝像機27MbpsUSB2.01.5/12/480Mbps表1無線多媒體應用對傳輸速率的要求無線傳感網無線傳感網中，通常要求傳感器的功耗非常小，可以連續工作數月、甚至數年之久而不需要充電。目前的做法是通過媒體的計入控制層和網絡層的協議涉及，盡量減少不必要的傳輸，來有效地利用無線信道和能量資源。在此基礎上，采用極低功耗的超帶寬物理層，可以大大簡化MAC層和網絡層的復雜度，使系統總體功耗進一步降低。智能交通系統UWB除了高速和低功耗的特點外，還具有定位和搜索能力。利用超寬帶的定位和搜索能力，可以制造防碰和防障礙物的雷達。裝載了這種雷達的汽車會非常容易駕駛。當汽車的前方、后方、旁邊有障礙物時，該雷達會提醒司機。在停車的時候，這種基于UWB的雷達是司機的強有力的助手。因為UWB是高速的無線通信技術。利用UWB可以建立智能交通管理系統,這種系統應該由若干個站臺裝置和一些車載裝置組成無線通信網，兩種裝置之間通過UWB進行通信完成各種功能。例如實現不停車的自動收費，汽車方的隨時定位測量、道路信息和行駛建議的隨時獲取，站臺方對移動汽車的定位搜索和速度測量等軍事、救援和安全等領域采用基帶脈沖方式的超寬帶系統，具有較強的穿透障礙物進行通信的功能，在軍事、消防、勘測等領域有著廣泛的用途。成像應用由于UWB具有好的穿透墻和樓層的能力，UWB可以應用于成像系統。利用UWB技術，可以制造穿墻雷達和穿地雷達。穿墻雷達可以用在戰場上和警察的防暴行動中，定位墻后和角落的敵人。地面穿透雷達可以用來探測礦產，在地震或其他災難后搜尋幸存者。基于UWB的成像系統也可以用于避免使X射線的醫學系統。5.UWB應用于智能標識（1）存貨跟蹤和系統服務將UWB節點安裝在大商場的入口和每個商店里。該商場的每個產品都有一個UWB的射頻標簽以便隨時對它的地點進行探測。在商店的入口,用戶可以用PDA下載產品的多媒體目錄，當選擇了產品A，用戶就能夠得到產品A在特定商店的位置。（2）文檔和書的管理在辦公室和圖書館，每個文檔和書(包括電子書)附有一個UWB的射頻標簽。利用UWB的精確定位能力，人們通過PC、PDA或其他的終端可以很容易地找到想要的文檔或書。五、對超寬帶技術的體會超寬帶不僅僅是一種新的通信技術，更代表了一種新的共享使用頻譜的方式。超寬帶通信可以以時域的基帶窄脈沖