超宽带通信

发布时间:2024-07-27 20:02:57 作者:汉语成语

超宽带通信(UltraWideBand)技术是一种新型的短距离无线通信技术。它通过发射调制的宽带冲激脉冲实现通信,具有传输速率高、功耗低、抗多径等许多优点。超宽带通信不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽,适用于高速、近距离的无线通信。

概念

超宽带是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。

从频域来看,超宽带有别于传统的窄带和宽带,它的频带更宽。窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率之比)小于1%,相对带宽在1%到25%之间的被称为宽带,相对带宽大于25%,而且中心频率大于500MHz的被称为超宽带。以一组数据作对比,如:某超宽带系统,频率5.5GHz,频率为3.1GHz,其相对带宽为55.8%,以3GW2CDMA频谱分配为例作比较,其相对带宽为5MHz,2200MHz=0.23%。

从时域上讲,超宽带系统有别于传统的通信系统。一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制,而UWB是利用起、落点的时域脉冲(几十ns)直接实现调制,超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行,而且以这一过程中所持续的时间,来决定带宽所占据的频率范围。

与传统的宽带和窄带技术相比,UWB技术能够在具备更高数据传输率的同时,保持很低的能耗。由shannon公式(信道容量与信道带宽成线性关系,而与信噪声比的对数成线性关系)可以验证这一点。由于UWB发射功率受限,进而限制了其传输距离,据资料表明,UWB信号的有效传输距离在10m以内,故而在民用方面,UWB普遍地定位于个人局域网范畴。

特点

1抗干扰性能强

UWB采用跳时扩频信号,系统具有较大的处理增益,在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中,输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来,在解扩过程中产生扩频增益。因此。与IEEE802.1la、IEEE802.1lb和蓝牙相比,在同等码速条件下,UWB具有更强的抗干扰性。

2传输速率高

UWB(UltraWideBand,超宽带)的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s。有望高于蓝牙100倍,也可以高于IEEE802.1la和IEEE802.1lb。

3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。

4消耗电能小

通常情况下。无线通信系统在通信时需要连续发射载波,因此,要消耗一定电能。而UWB不使用载波。只是发出瞬间脉冲电波,也就是直接按O和1发送出去,并且在需要时才发送脉冲电波,所以消耗电能小。

5保密性好

UWB保密性表现在两方面:一方面是采用跳时扩频,接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据;另一方面是系统的发射功率谱密度极低。用传统的接收机无法接收。

6发送功率非常小

UWB系统发射功率非常小,通信设备可以用小于1mw的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。况且,发射功率小,其电磁波辐射对人体的影响也会很小。这样,UWB的应用面就广。

应用

超宽带系统同时具有无线通信和定位的功能,可方便地应用于智能交通系统中,为车辆防撞、电子牌照、电子驾照、智能收费、车内智能网络、测速、监视、分布式信息站等提供高性能、低成本的解决方案。UWB也可应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中,诸如军事、公安、消防、医疗、救援、测量、勘探和科研等领域,用做隐秘安全通信、救援应急通信、精确测距和定位、透地探测雷达、墙内和穿墙成像、监视和入侵检测、医用成像、贮藏罐内容探测等。UWB还可应用于传感器网络和智能环境,这种环境包括生活环境、生产环境、办公环境等。主要用于对各种对象(人和物)进行检测、识别、控制和通信。

前景

UWB技术具有系统复杂度低。发射信号功率谱密度低,对信道衰落不敏感,低截获能力,定位精度高等优点,尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入,非常适于建立一个高效的无线局域网(WAN)或无线个域网(WPAN)。UWB特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网(PAN)。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点使得UWB较适合家庭无线通信的需求。现有的无线通信方式,802.1lb和蓝牙的速率太慢,不适合传输视频数据;54Mb/s速率的802.1la标准可以处理视频数据,但费用昂贵。而UWB有可能在10m范围内。支持高达110Mb/s的数据传输率,不需要压缩数据,可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。