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超寬帶無線通信技術(shù)

云知道


摘要：超寬帶(UWB)具有傳輸速率高、通信距離短、平均發(fā)射功率低等特點，非常適合于短距離高速無線通信 。文章對UWB的發(fā)送接收技術(shù)和信道建模方式進行了討論，指出UWB將定位于各種消費類電子設(shè)備和終端間的高速無線連接 。對于IEEE的UWB標準，文章認為由于目前形成了脈沖無線電和多頻帶正交頻分復(fù)用(OFDM)兩大方案，因此最終采用哪種方案還需等待 。要害詞：超寬帶；脈沖無線電；無線個域網(wǎng)Abstract: Ultra-wideband (UWB) is suitable for high-speed wireless communications within a small area, owing to its high data rates, short communication distance and low average transmit power. Two proposals, i.e., impulse radio and multi-band OFDM, are under consideration in IEEE 802.15.3a standardization process on UWB, and which one will be selected has not been determined. After discussing the transmit and receive techniques as well as channel modeling method in UWB, the article points out that UWB will be targeted at providing high data rate wireless connection among a wide range of consumer electronic devices and terminals.Key Words:ultra wideband; impulse radio; wireless personal area network無線技術(shù)在通信發(fā)展進程中一直扮演著重要角色 。伴隨著移動通信十幾年來的蓬勃發(fā)展以及3G、B3G等概念的日益普及，無線家族中的另一成員——短距離寬帶無線接入技術(shù)近年來異軍突起 。從藍牙、HomeRF到IEEE 802.11(即Wi-Fi)系列，越來越多的人開始感受到了短距離無線通信技術(shù)所帶來的諸多便捷，甚至有人認為短距離無線通信技術(shù)具有與3G抗衡之勢 。
超寬帶(UWB)技術(shù)是目前備受關(guān)注的一種新型短距離高速無線通信技術(shù) 。多年來，這項技術(shù)一直在軍事領(lǐng)域中使用 。UWB在民用領(lǐng)域開放后，有望憑借其超高的傳輸速度和低功率、低成本等優(yōu)勢給短距離無線接入市場注入新的活力 。
1 UWB的特點
應(yīng)用于無線通信領(lǐng)域的UWB是一種低功率的無線電技術(shù) 。按照2002年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)在向民用領(lǐng)域開放UWB時的定義，超寬帶技術(shù)指的是信號相對帶寬(即信號帶寬與中心頻率之比)不小于0.2或絕對帶寬不小于500 MHz，并使用指定的3.1 GHz～10.6 GHz頻段的通信方式 。與其他傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比較，UWB的技術(shù)特點主要有：
(1)傳輸速率高
UWB系統(tǒng)使用上千兆赫茲的超寬頻帶，所以即使把發(fā)送信號功率譜密度控制得很低，也可以實現(xiàn)高達100 Mb/s～500 Mb/s的信息速率 。根據(jù)仙農(nóng)信道容量公式，如使用7 GHz帶寬，那么即使信噪比低至-10 dB，理論信道容量也能達到1 Gb/s[1]，因此實際中實現(xiàn)100 Mb/s以上的速率是完全可能的 。
(2)通信距離短
由于隨著傳播距離的增加高頻信號強度衰減太快，因此使用超寬頻帶的系統(tǒng)更適合于進行短距離通信 。理論分析表明，當(dāng)收發(fā)機之間的距離大于12 m時，UWB的信道容量低于傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng) 。
【超寬帶無線通信技術(shù)】(3)平均發(fā)射功率低
在短距離應(yīng)用中，UWB發(fā)射機的發(fā)射功率通?？勺龅降陀? mW，這是通過犧牲帶寬換取的 。FCC規(guī)定UWB的發(fā)送功率譜密度必須低于美國放射噪音規(guī)定值-41.3 dBm/MHz，因此，從理論上來說相對于其他通信系統(tǒng)UWB信號所產(chǎn)生的干擾僅相當(dāng)于一寬帶白噪聲 。所帶來的好處體現(xiàn)在兩方面：一是可使UWB系統(tǒng)與同頻段的現(xiàn)有窄帶通信系統(tǒng)保持良好共存性，這對于提高無線頻譜資源的利用率，緩解日益緊張的無線頻譜資源大有好處；二是使得UWB信號隱蔽性好，不易被截獲，保密性高 。
(4)多徑分辨率極高
由于UWB采用持續(xù)時間極短的窄脈沖，其時間、空間分辨力都很強，因此系統(tǒng)的多徑分辨率極高(1 ns脈沖的多徑分辨率為30 cm)，接收機通過分集可以獲得很強的抗衰落能力，同時在進行測距、定位、跟蹤時也能達到更高的精度 。值得一提的是，窄脈沖具有很強的穿透各種障礙物的能力，例如墻壁和地板，因此UWB具有比紅外通信更為廣泛的應(yīng)用 。

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