UWB無線技術介紹
來源:中國數字音視網 編輯:數字音視工程 2009-05-12 00:00:00 加入收藏 咨詢

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UWB(Ultra Wideband)是一種短距離的無載波通信技術,利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據,因此,其所占的頻譜范圍很寬,適用于高速、近距離的無線個人通信。UWB可以通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號,能在10米左右的范圍內實現數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率。美國聯邦通訊委員會(FCC)規定,UWB的工作頻段范圍從3.1GHz到10.6GHz,最小工作頻寬為500MHz。
與藍牙和WLAN等帶寬相對較窄的傳統無線系統不同,UWB能在寬頻上發送一系列非常窄的低功率脈沖。較寬的頻譜、較低的功率、脈沖化數據,意味著UWB引起的干擾小于傳統的窄帶無線解決方案,并能夠在室內無線環境中提供與有線相媲美的性能。UWB具有以下特點:
一、抗干擾性能強。UWB采用跳時擴頻信號,系統具有較大的處理增益,在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低于普通設備產生的噪聲。接收時將信號能量還原出來,在解擴過程中產生擴頻增益。因此,與IEEE802.11a、IEEE802.11b和藍牙相比,在同等碼速條件下,UWB具有更強的抗干擾性。傳輸速率高。UWB的數據速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s,有望高于藍牙100倍,也可以高于IEEE802.11a和IEEE802.11b。
二、帶寬極寬。UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達幾個GHz。超寬帶系統容量大,并且可以和目前的窄帶通信系統同時工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊張的今天,開辟了一種新的時域無線電資源。
三、消耗電能小。通常情況下,無線通信系統在通信時需要連續發射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發送出去,并且在需要時才發送脈沖電波,所以消耗電能小。
四、保密性好。UWB保密性表現在兩方面。一方面是采用跳時擴頻,接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據;另一方面是系統的發射功率譜密度極低,用傳統的接收機無法接收。
五、發送功率非常小。UWB系統發射功率非常小,通信設備可以用小于1mW的發射功率就能實現通信。低發射功率大大延長系統電源工作時間。而且,發射功率小,其電磁波輻射對人體的影響也會很小,應用面就廣。
主要應用于室內通信、高速無線LAN、家庭網絡、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達等領域。
與其它短距離無線技術的比較
從UWB的技術參數來看,UWB的傳輸距離只有10M左右,因此我們只拿常見的短距離無線技術與UWB作一對比,從中更能顯示出UWB的杰出的優點。常見的短距離無線技術由IEEE802.11a、藍牙、HomeRF。
(1)IEEE802.11a與UWB
IEEE802.11a是由IEEE制定的無線局域網標準之一,物理層速率在54Mbps,傳輸層速率在25Mbps,它的通信距離可能達到100M,而UWB的通信距離在10M左右。在短距離的范圍(如10M以內),IEEE802.11a的通信速率與UWB相比卻相差太大,UWB可以達到上千兆,是IEEE802.11a的幾十倍;超過這個距離范圍(即大于10M),由于UWB發射功率受限,UWB就性能就差很多(目前從演示的產品來看,UWB的有效距離已擴展到20M左右)。因此從總體來看,10M以內,802.11a無法與UWB相比;但是在10M以外,UWB無法與802.11a相比。另外與UWB相比,802.11a的功耗相當大。
(2)藍牙(Bluetooth)與UWB
藍牙技術是愛立信、IBM等5家公司在1998年聯合推出的一項無線網絡技術。隨后成立的藍牙技術特殊興趣組織(SIG)來負責該技術的開發和技術協議的制定,如今全世界已有1800多家公司加盟該組織。藍牙的傳輸距離為10cm~10m。它采用2.4GHz ISM頻段和調頻、跳頻技術,速率為1Mbps。從技術參數上來看,UWB的優越性是比較明顯的,有效距離差不多,功耗也差不多,但UWB的速度卻快得多,是藍牙速度的幾百倍。從目前的情況來看,藍牙唯一比UWB優越的地方就是藍牙的技術已經比較成熟,但是隨著UWB的發展,這種優勢就不會再是優勢,因此有人在UWB剛出現時,把UWB看成是藍芽的殺手,不是沒有道理的。
(3)HomeRF與UWB
HomeRF 是專門針對家庭住宅環境而開發出來的無線網絡技術,借用了802. 11 規范中支持TCP/ IP傳輸的協議;而其語音傳輸性能則來自DECT(無繩電話) 標準。HomeRF 定義的工作頻段為2. 4GHz ,這是不需許可證的公用無線頻段。HomeRF 使用了跳頻空中接口,每秒跳頻50 次,即每秒鐘信道改換50 次。收發信機最大功率為100mW ,有效范圍約50m,其速率為 1Mbps至2Mbps。寫UWB相比,各有優勢:HomeRF的傳輸距離遠,但速率太低;UWB傳輸距離只有HomeRF的五分之一,但速度卻是HomeRF的幾百倍甚至上千倍。
總而言之,這些流行的短距離無線通信標準各有千秋,這些技術之間存在著相互競爭, 但在某些實際應用領域內它們又相互補充。單純地說“UWB或取代某種技術”這是一種不負責任的說法,就好像飛機又快又穩,也沒有取代自行車一樣,各有各的應用領域。
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