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智能互聯(lián)的黑馬:UWB——超寬帶無線通信技術(shù)

2024-5-7 08:13| 發(fā)布者: admin| 查看: 155| 評論: 0
摘要: 一、UWB技術(shù)是什么?UWB技術(shù)是一種使用1GHz以上頻率帶寬的無線載波通信技術(shù)。它不采用正弦載波,而是利用納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大,盡管使用無線通信,但其數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾 ...

一、UWB技術(shù)是什么?


UWB技術(shù)是一種使用1GHz以上頻率帶寬的無線載波通信技術(shù)。它不采用正弦載波,而是利用納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大,盡管使用無線通信,但其數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百兆比特每秒以上。使用UWB技術(shù)可在非常寬的帶寬上傳輸信號,美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)對UWB技術(shù)的規(guī)定為:在3.1~10.6GHz頻段中占用500MHz以上的帶寬。

智能互聯(lián)的黑馬:UWB——超寬帶無線通信技術(shù)

二、UWB相比傳統(tǒng)通信技術(shù)有什么優(yōu)勢?


傳統(tǒng)通信方式使用的是連續(xù)波信號,即本地振蕩器產(chǎn)生連續(xù)的高頻載波,需要傳送信息通過例如調(diào)幅,調(diào)頻等方式加載于載波之上,通過天線進行發(fā)送。現(xiàn)在的無線廣播、4G通信、Wi-Fi等都是采用該方式進行無線通信。下圖是一個使用調(diào)幅方式傳遞語音信號的連續(xù)波信號產(chǎn)生示意圖。

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而IR-UWB信號,不需要產(chǎn)生連續(xù)的高頻載波,僅僅需要產(chǎn)生一個時間短至nS級以下的脈沖,便可通過天線進行發(fā)送。需要傳送信息可以通過改變脈沖的幅度、時間、相位進行加載,進而實現(xiàn)信息傳輸。下圖是使用相位調(diào)制方式傳輸二進制歸零碼的IR-UWB信號產(chǎn)生示意圖。

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而現(xiàn)在更為大家熟知的藍牙、WiFi通信技術(shù)與UWB技術(shù)相較而言,也存在一定的劣勢。通過這張圖大家可以更直觀地了解到UWB技術(shù)與Wi-Fi、藍牙技術(shù)的不同點。簡言之,UWB技術(shù)的優(yōu)勢在于:

1、定位精度高:帶寬很寬,多徑分辨能力強,抗干擾,對于距離的分辨能力高于Wi-Fi和藍牙。

2、實時定位速度快:UWB的超寬帶脈沖信號的帶寬在納秒級,可以實現(xiàn)實時的室內(nèi)定位,延遲低,可以即刻感知追蹤物體的運動狀況。

3、高可靠性和安全性:UWB的發(fā)射功率低、信號帶寬寬,能夠很好地隱蔽在其它類型信號和環(huán)境噪聲之中,傳統(tǒng)的接收機無法識別和接收,必須采用與發(fā)射端一致的擴頻碼脈沖序列才能進行解調(diào)。

當然,UWB、Wi-Fi和藍牙這三項技術(shù)并不是孤立存在的,完全可以同時使用,優(yōu)勢互補,能夠給智能手機這樣的終端產(chǎn)品帶來多種需求的定位和數(shù)據(jù)傳輸服務,對于相關(guān)的天線和射頻設(shè)計有較高要求。


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而超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比,具有穿透力強、功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復雜度低、能提供精確定位精度等優(yōu)點。因此,超寬帶技術(shù)可以應用于室內(nèi)靜止或者移動物體以及人的定位跟蹤與導航,且能提供十分精確的定位精度。但是成本比較昂貴,網(wǎng)絡部署復雜,相對來說在室內(nèi)定位服務上應用有限。

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三、具體應用場景

UWB超寬帶技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)有極大的差異,它不需要使用傳統(tǒng)通信體制中的載波,而是通過發(fā)送和接收具有納秒或納秒級以下的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù),從而具有GHz量級的帶寬。目前的UWB技術(shù)應用可以按照通信距離大致劃分為兩類:

①短距離高速應用,數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到數(shù)百兆比特每秒,主要是構(gòu)建短距離高速WPAN、家庭無線多媒體網(wǎng)絡以及替代高速率短程有線連接,如無線USB和DVD(典型的通信距離是10m);

②中長距離(幾十米以上)低速率應用,通常數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s,主要應用于無線傳感器網(wǎng)絡和低速率連接。同時,由于UWB技術(shù)可以利用低功耗、低復雜度的收發(fā)信機實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸,所以UWB技術(shù)在近年來得到了迅速發(fā)展。

UWB技術(shù)在非常寬的頻譜范圍內(nèi)采用低功率脈沖傳輸數(shù)據(jù)而不會對常規(guī)窄帶無線通信系統(tǒng)造成大的干擾,并可充分利用頻譜資源?;赨WB技術(shù)而構(gòu)建的高速率數(shù)據(jù)收發(fā)機有更廣泛的用途。可用于各個領(lǐng)域的室內(nèi)精確定位和導航,包括人和大型物品,例如貴重物品倉儲、礦井人員定位、機器人運動跟蹤、汽車地庫停車等系統(tǒng)。


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