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  一、超寬帶是什麽

  超宽带技术(UWB，Ultra Wide Band)是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。超宽带(UWB)在早期被用来应用在近距离高速数据传输，近年来国外开始利用其亚纳秒级超窄脉冲来做近距离精确室内定位。

  二、UWB的優點

  與其他無線通信技術相比,UWB具有許多優點。表1將UWB技術與其他無線局域網技術進行了比較。UWB技術的特點有：傳輸速率高、系統容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低。UWB通過改變脈沖的幅度、間距或者持續時間來傳遞信息。與窄帶收發信機和藍牙收發信機相比,UWB不需要産生正弦載波信號,可以直接發射沖激脈沖序列,因而具有很寬的頻譜和很低的平均功率,有利于與其他系統共存,提高頻譜利用率。

  UWB不需要正弦波調制和上、下變頻,也不需要本地振蕩器、功放和混頻器等,因此體積小,系統的結構比較簡單。UWB信號的處理也比較簡單,只需使用很少的射頻或微波器件,射頻設計簡單,系統的頻率自適應能力強。可以將脈沖發射機和接收機前端集成到一個芯片上,再加上時間基和控制器,就可以構成一部UWB通信設備。因此,它的成本可以大大降低。

  由于UWB信號采用了跳時擴頻,其射頻帶寬可以達到1GHz以上,它的發射功率譜密度很低,信號隱蔽在環境噪聲和其他信號之中,用傳統的接收機無法接收和識別,必須采用與發端一致的擴頻碼脈沖序列才能進行解調,因此增加了系統的安全性。

  UWB信號的衰落比較低,有很強的抗多徑衰落的能力。UWB信號的高帶寬帶來了極大的系統容量,由于UWB無線電信號發射的沖激脈沖占空比極低,系統有很高的增益和很強的多徑分辨力,所以系統容量比其他的無線技術都高。

  由于UWB信號的擴頻處理增益比較大,即使采用低增益的全向天線,也可使用小于1mW的發射功率實現幾公裏的通信。如此低的發射功率延長了系統電源的使用時間,非常適合移動通信設備的應用。有研究表明,使用超寬帶的手機待機時間可以達6個月,而且低輻射功率可以避免過量的電磁波輻射對人體的傷害。

  三、UWB-RT的應用

  隨著UWB-RT商業化的開始用,這項技術爲支持高速應用和低速智能設備的短距離無線通信系統的部署提供了可能性。FCC定義的UWB天線系統,使用簡單的調制和編碼機制,在短距離內可達到的信息速率大于100Mb/s。UWB在信息速率和覆蓋範圍之間可以做一個折衷。

  大量的應用場景適合使用UWB,主要包括：高速無線個人網(HDR-WPAN);無線以太網接口鏈路(WEIL);智能天線區域網(IWAN);室外點對點網絡(OPPN);傳感器,定位和識別網絡(SPIN)。

  前三種情況假定UWB設備網絡部署在居民區或者辦公區,主要傳送用于娛樂的無線視頻/音頻和控制信號。第四種情況提供室外點對點連接,而第五種考慮工業和商業環境。

  1、高速無線個人網(HDR-WPAN)

  HDR-WPAN定義爲：每個房間的活動設備爲5～10,在1～10m範圍內,數據速率爲100～500Mb/s,主要基于點對點拓撲。使用現有的有線或者無線標准,通過中繼與外部相連。

  2、無線以太網接口鏈路(WEIL)

  可以將HDR的概念擴展到更高的數據速率,如1Gb/s,2.5Gb/s。WEIL應該滿足以下需求：從PC廠商方面,需要以太網線的替代品;從消費者角度看,在PC和LCD屏之間要求高質量的無線視頻傳輸能力,可以傳無線數字視頻。

  3、智能天線區域網(IWAN)

  IWAN的特征是：在室內或者辦公室等有高密度設備的地方,覆蓋範圍爲30m。設備的要求是：低成本,低功率消耗,如1～10mw,給用戶提供家庭/辦公室的智能分布網。設備的功能有：准確定位,跟蹤,支持環境敏感的設備,在當前的窄帶短距離網絡中不太容易實現。這種情況,無線最後一英裏或者到外部的可用連接可以用來發送報警、控制信號,或者遠程檢查家庭周圍傳感器的狀態。

  4、室外點對點網絡(OPPN)

  UWB設備部署在室外,主要適用于PDA上行和信息交換,新聞文本,圖片和視頻的下載。采用何種標准將決定OPPN結構使用集中式還是分布式的,這是一個需要進一步研究的課題。

  歐洲即將采用的UWB標准將嚴格限制支持室外的UWB設備的部署。然而,這種情況可能會改變,因爲UWB管制的使用也將不斷進步,如同過去其他無線業務所經曆的一樣。

  5、傳感器,定位和識別網(SPIN)

  SPIN系統的特征是：設備密度高,每層幾百個,主要在工廠或者倉庫,發送帶有定位信息的低速數據包。SPIN設備使用範圍較大,如果爲主從拓撲,在單獨設備和主站之間可達100m。在工業應用中,SPIN需要高級鏈路可靠性和自適應的系統特征,以對動態改變的接口和傳播環境作出反應。

  UWB將起到的一個重要作用是：根據用戶需求提供有效的業務。場景機制的劃分和各種網絡的發展,包括上面分析的各種情況,是遠遠不能滿足用戶的期望的。一個宏偉的目標是,在不同場景下,實現各種網絡的無縫共存和互操作性。因此,設計有效的連接,自動漫遊機制和數據鏈路的自適應,是將來一個重要的研究課題。