UWB無線技術(shù)介紹
來源:中國數(shù)字音視網(wǎng) 編輯:數(shù)字音視工程 2009-05-12 00:00:00 加入收藏
UWB(Ultra Wideband)是一種短距離的無載波通信技術(shù),利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),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(nèi)實現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。美國聯(lián)邦通訊委員會(FCC)規(guī)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(lán)牙和WLAN等帶寬相對較窄的傳統(tǒng)無線系統(tǒng)不同,UWB能在寬頻上發(fā)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(shù)據(jù),意味著UWB引起的干擾小于傳統(tǒng)的窄帶無線解決方案,并能夠在室內(nèi)無線環(huán)境中提供與有線相媲美的性能。UWB具有以下特點(diǎn):
一、抗干擾性能強(qiáng)。UWB采用跳時擴(kuò)頻信號,系統(tǒng)具有較大的處理增益,在發(fā)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(shè)備產(chǎn)生的噪聲。接收時將信號能量還原出來,在解擴(kuò)過程中產(chǎn)生擴(kuò)頻增益。因此,與IEEE802.11a、IEEE802.11b和藍(lán)牙相比,在同等碼速條件下,UWB具有更強(qiáng)的抗干擾性。傳輸速率高。UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit/s到幾百M(fèi)bit/s,有望高于藍(lán)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(dá)幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大,并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)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(tǒng)在通信時需要連續(xù)發(fā)射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發(fā)出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發(fā)送出去,并且在需要時才發(fā)送脈沖電波,所以消耗電能小。
四、保密性好。UWB保密性表現(xiàn)在兩方面。一方面是采用跳時擴(kuò)頻,接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低,用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收。
五、發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小,通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長系統(tǒng)電源工作時間。而且,發(fā)射功率小,其電磁波輻射對人體的影響也會很小,應(yīng)用面就廣。
主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達(dá)等領(lǐng)域。
與其它短距離無線技術(shù)的比較
從UWB的技術(shù)參數(shù)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(shù)與UWB作一對比,從中更能顯示出UWB的杰出的優(yōu)點(diǎn)。常見的短距離無線技術(shù)由IEEE802.11a、藍(lán)牙、HomeRF。
(1)IEEE802.11a與UWB
IEEE802.11a是由IEEE制定的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到100M,而UWB的通信距離在10M左右。在短距離的范圍(如10M以內(nèi)),IEEE802.11a的通信速率與UWB相比卻相差太大,UWB可以達(dá)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(fā)射功率受限,UWB就性能就差很多(目前從演示的產(chǎn)品來看,UWB的有效距離已擴(kuò)展到20M左右)。因此從總體來看,10M以內(nèi),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(dāng)大。
(2)藍(lán)牙(Bluetooth)與UWB
藍(lán)牙技術(shù)是愛立信、IBM等5家公司在1998年聯(lián)合推出的一項無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。隨后成立的藍(lán)牙技術(shù)特殊興趣組織(SIG)來負(fù)責(zé)該技術(shù)的開發(fā)和技術(shù)協(xié)議的制定,如今全世界已有1800多家公司加盟該組織。藍(lán)牙的傳輸距離為10cm~10m。它采用2.4GHz ISM頻段和調(diào)頻、跳頻技術(shù),速率為1Mbps。從技術(shù)參數(shù)上來看,UWB的優(yōu)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(lán)牙速度的幾百倍。從目前的情況來看,藍(lán)牙唯一比UWB優(yōu)越的地方就是藍(lán)牙的技術(shù)已經(jīng)比較成熟,但是隨著UWB的發(fā)展,這種優(yōu)勢就不會再是優(yōu)勢,因此有人在UWB剛出現(xiàn)時,把UWB看成是藍(lán)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(huán)境而開發(fā)出來的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),借用了802. 11 規(guī)范中支持TCP/ IP傳輸?shù)膮f(xié)議;而其語音傳輸性能則來自DECT(無繩電話) 標(biāo)準(zhǔn)。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(fā)信機(jī)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(yōu)勢:HomeRF的傳輸距離遠(yuǎn),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(biāo)準(zhǔn)各有千秋,這些技術(shù)之間存在著相互競爭, 但在某些實際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)它們又相互補(bǔ)充。單純地說“UWB或取代某種技術(shù)”這是一種不負(fù)責(zé)任的說法,就好像飛機(jī)又快又穩(wěn),也沒有取代自行車一樣,各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。
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