UWB的特點(diǎn)及在短距離無(wú)線(xiàn)通信中的應(yīng)用前景
摘要：UWB是一種高速、低成本和低功耗新興無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，本文介紹UWB的主要特點(diǎn)及相關(guān)應(yīng)用，詳細(xì)比較了UWB通信與IEEE802.11、Bluetooth和HomeRF等現(xiàn)有短距離無(wú)線(xiàn)通信的異同，并對(duì)UWB在家庭無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了分析和展望。關(guān)鍵詞：UWB IEEE802.11 Bluetooth HomeRF
超寬帶（Ultra-wideband,UWB）技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末，此前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用。隨著無(wú)線(xiàn)通信的飛速發(fā)展，人們對(duì)高速無(wú)線(xiàn)通信提出了更高的要求，超宛帶技術(shù)又被重新提出，并倍受關(guān)注。UWB是指信號(hào)帶寬大于500MHz或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25%。與常見(jiàn)的通信方式使用連續(xù)的載波不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來(lái)傳送信息，通常每個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的時(shí)間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps。在高速通信的同時(shí)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一，對(duì)于普通的非UWB接收機(jī)來(lái)說(shuō)近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)電設(shè)備共享帶寬。所以，UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，它有望在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，Intel、Motorola、Sony等知名大公司正在進(jìn)行UWB無(wú)線(xiàn)設(shè)備的開(kāi)發(fā)和推廣。
1 UWB的主要特點(diǎn)及其應(yīng)用
鑒于UWB信號(hào)是持續(xù)時(shí)間非常短的脈沖串，占用帶寬大，因此它有一些十分獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和用途。在通信領(lǐng)域，UWB可以提供高速率的無(wú)線(xiàn)通信。在雷達(dá)方面，UWB雷達(dá)具有高分辨力（ns級(jí)）。當(dāng)前的隱身技術(shù)采用的是隱射涂料和隱身特殊結(jié)構(gòu)，但都只能在一個(gè)不大的頻帶內(nèi)有效，在超寬頻帶內(nèi)，目標(biāo)就會(huì)原形畢露。UWB雷達(dá)還具有很強(qiáng)的穿透能力，UWB信號(hào)能穿透樹(shù)葉、土地、混凝土、水體等介質(zhì)，因此軍事上UWB雷達(dá)可用來(lái)探測(cè)地雷，民用上可以查找地下金屬管道、探測(cè)高速公路地基等。在定位方面，UWB可以提供很高的定位精度。UWB使用極微弱的同步脈沖可以辨別出隱藏的物體或墻體后運(yùn)動(dòng)著的物體，定位誤差只有一兩厘米。也就是說(shuō)，同一個(gè)UWB設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)通信、雷達(dá)和定位三大功能。
UWB無(wú)線(xiàn)通信除了帶寬大，通信速率高之外，還有更多的優(yōu)點(diǎn)。首先，UWB通信的保密性強(qiáng)。UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度非常低，有用信息完全淹沒(méi)在噪聲中，被截獲概率很小，被檢測(cè)的概率也很低，這一點(diǎn)在軍事通信上有很大的應(yīng)用前景。其次，UWB通信采用調(diào)時(shí)序列，能夠抗多徑衰落。多徑衰落是指反射波和直射波疊加后造成的接收點(diǎn)信號(hào)幅度隨機(jī)變化，而UWB系統(tǒng)每次的脈沖發(fā)射時(shí)間很短，在反射波到達(dá)之前，直射波的發(fā)射和接收已經(jīng)完成。因此，UWB系統(tǒng)特點(diǎn)適合于高速移動(dòng)環(huán)境下使用。更重要的是，UWB通信又被稱(chēng)為是無(wú)載波的基帶通信，UWB通信系統(tǒng)幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低成本。可以說(shuō)，低成本、低功耗、高速率、簡(jiǎn)單有效的UWB通信正是人類(lèi)所期望的夢(mèng)幻般的無(wú)線(xiàn)通信方式。
當(dāng)然，UWB通信也存在不足，主要問(wèn)題是UWB系統(tǒng)占用的帶寬很大，UWB系統(tǒng)可能會(huì)干擾現(xiàn)其他無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，因此UWB系統(tǒng)的頻率許可問(wèn)題一直在爭(zhēng)論之中；另外，還有學(xué)者認(rèn)為，盡管UWB系統(tǒng)發(fā)射的平均功率很低，但是由于它的脈沖持續(xù)時(shí)間很短，它的瞬時(shí)功率峰值可能會(huì)很大，這甚至?xí)绊懙矫窈降仍S多系統(tǒng)的正常工作。但是學(xué)術(shù)界的種種爭(zhēng)論并不影響UWB的開(kāi)發(fā)和使用，2002年2月美國(guó)通信協(xié)會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了UWB用于短距離無(wú)線(xiàn)通信的申請(qǐng)。
UWB的用途有很少，主要分為軍事和民用兩個(gè)方面。在軍事上UWB可以
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