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UWB超宽带室内定位技术及其发展前景

UWB超宽带技术(Ultra-WideBand)是一种新兴的无线技术,被认为是未来五年电信热门技术之一,在今后的十年中将在多种应用范围内获得迅速发展。如无线视频,声频和数据发送领域以及家用网络设备领域。以传统无线通信技术不同的是,UWB技术不使用载波,而是以占空比很低(几十分之一)的超短电磁能量窄脉冲作为信息载体的无载波通信技术。其特点是在非常宽的带宽内,发送噪音以下功率的低功率信号。超宽带技术解决了困扰无线技术多年的有关传播方面的重大难题,具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、有低截获能力、系统复杂度低、能提供厘米级的定位精度等优点。尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。UWB在过去主要应用在雷达和GPS定位设备中,近年来关于UWB技术在宽带无线通信中应用的研究热潮正在兴起。

UWB技术简介

超宽带无线电(UWB)的历史渊源,可以追溯到一百年前波波夫和马可尼发明越洋无线电报的时代。现代意义上的超宽带UWB无线电,又称冲激无线电(ImpulseRadio)技术,出现于1960年代,但其应用一直限于军事中雷达定位、测距等用途。2002年2月14日FCC才批准将超宽带无线技术用于民用产品 ,由此掀起了UWB技术用于民用高速率、低功耗通信的研究热潮。

Uwb技术的特点

(1)系统容量大,传输速度快

根据香港信道容限公式,带宽越宽,系统的最大传输速率就越大。传统的无线载波通信系统由于频带窄,必须采用多进制的调制方式才能使信号的传输速率达到100Mbps以上,这就要求信噪比在一个很高的水平上,同时也大大增加了系统构建的复杂性。而UWB通信的带宽都在500MHz以上,其传输速率也达到1Gbps以上。

(2)发射功率低

IR-UWB具有1GHz以上的频带宽度,极大的带宽保证了较低的发射功率。在短距离无线通信应用中,发射机发射的UWB信号功率要低于1mW,这大大延长了电池寿命,保证了较长的系统工作时间,同时对人体的辐射危害也更小。

(3)多径分辨率高

UWB信号采用持续时间很短的窄脉冲,具有较强的时间和空间分辨率,系统的多径分辨率高,整个系统能够充分利用发射信号的能量。此外,UWB信号具有良好的抗多径性能,对于信道衰减不敏感,接收机通过分级便可以获得很强的康衰减能力,在室内或者建筑物比较密集的场合可以获得良好的定位效果,同时在进行测距、定位、跟踪时也能达到更高的精度。

(4)系统保密性好

UWB发射功率低,仅在1mW以下。它可以把信号弥散在一个极宽的频带范围内,对于一般的通信信号而言,UWB信号类似于白噪声可以安全低隐藏起来;而UWB信号的功率谱密度要低于普通的环境噪声,要将UWB信号从环境噪声中甄别出来不是一件容易的事情,这很好地保证了UWB信号的安全性。

(5)穿透能力强

窄脉冲具有很强的穿透能力,可以帮助比如警察搜寻隔墙的逃犯,以及解救那些被围困在建筑物里面的人们。

(6)定位精度高

UWB信号具有超宽频带的特性,使得UWB系统的距离分辨精度是其他系统的成千上百倍。UWB信号的距离分辨能力可达到厘米级,这是其它窄带系统望尘莫及的。

UWB应用前景

由于超宽带技术起源于军事技术,美国从2002年才放开民用市场,目前国内技术相对国外还不够成熟,不过超宽带市场已经处于蕴育时期。UWB系统在很低的功率谱密度的情况下,已经证实能够在户内提供超过240Mbps的可靠数据传输。与当前流行的短距离无线通信技术相比,UWB具有巨大的数据传输速率优势,最大可以提供高达1000Mbps以上的传输速率。受发射功率的限制,在短距离范围内提供高速无线数据传输将是UWB的重要应用领域,如当前WLAN和WPAN的各种应用。此外,通过降低数据率提高应用范围,UWB在个人精确定位(如个人雷达)、安全(如入侵检测)、传感器等领域也具有巨大的应用前景。UWB将成为新一代WLAN和WPAN的技术基础,从而实现超高速宽带无线接入,为用户提供诸如视频分发和视频会议这类需要很高QoS的服务。由于超宽带技术的突出优点和巨大潜力,国内已经开始超宽带技术的应用研究。这些公司一方面在开发、完善超宽带技术本身,一方面也在积极开发超宽带技术的应用。由以上情况也可以看出,超宽带技术有着极其广阔的市场前景。

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