超宽带(UWB)技术.ppt
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1、微波通信v超宽带(UWB)无线通信技术 一、概述 超宽带UWB由Ultra Wideband缩写而成,它是一种无载波通信技术,利用时间间隔极短(小于1 ns)的非正弦波窄脉冲传输数据。超宽带和其它的“窄带”或者是“宽带”主要有两方面的区别:1、超宽带的带宽,按照美国联邦通信委员会(FCC)的定义信号带宽大于1.5GHz,或信号带宽与中心频率之比大于25为超宽带;信号带宽与中心频率之比在125之间为宽带,小于1为窄带,可见UWB的带宽明显大于目前所有通信技术的带宽。2、超宽带的无载波传输方式。传统的“窄带”和“宽带”都是采用无线电频率(RF)载波来传送信号,载波的频率和功率在一定范微波通信围内变
2、化,从而利用载波的状态变化来传输信息。相反的,超宽带以基带传输。UWB通信系统模型见下图。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。微波通信二、UWB的技术特点 UWB具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截获的可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。1、简单系统结构 UWB发射器直接用脉冲小型微带天线。由于UWB 不需要对载波信号进行调制和解调,故不需要混频器、滤波器、RF/IF 转换器及本地振荡器等复杂器件,同时更容易集成到CMOS 电路中。2、高速数据传输 理论上,一个宽度为0的脉冲具有无限的带宽,因此
3、,脉冲信号要想发射出去并有足够带宽,必须有足够陡峭的上升/下降沿和足够窄的微波通信宽度。UWB 的脉冲宽度用于军事雷达系统时,最短在ps 级水平;在民用上,一般在ns 级。ns 为1s 的十亿分之一,这意味着,如果一个脉冲代表一个数位,那么UWB 有能力在1s 内传送10 亿个数位,即1 Gbit/s 的速率;若脉冲宽度降至0.1 ns,则速率可达10 Gbit/s。3、功耗低 由于不使用载波,仅在发射窄脉冲时消耗少量能量,从而节约了发射连续载波时的大量能耗。这一特色还使UWB 可通过缩小脉冲宽度,在提高带宽的同时而不增加功耗,这打破了过去传输技术中功耗和带宽成正比的定律。民用的UWB 设备功
4、率一般是传统移动电话所需功率的1/100 左右,是蓝牙设备所需功率的1/20 左右。军用的UWB 电台耗电也很低。因此,UWB 设备在电池寿命和电 微波通信 磁辐射上,相对于传统无线设备有着很大的优越性。4、安全性高 由于UWB 信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内,对一般通信系统,UWB 信号相当于白噪声信号,并且大多数情况下,UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声,从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后,脉冲的检测将更加困难。5、多径分辨能力强 由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低,多径信号在时间上是可分离的。因此
5、适合室内等复杂环境下的高速传输。大量的实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10 30 dB 的多径环境,对超宽带无线电信号的衰落最多不 微波通信 到5 dB。6、定位精确 超宽带无线电具有极强的穿透能力,可在室内和地下进行精确定位,而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内;与GPS 提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置,其定位精度可达厘米级。7、抗干扰性能强(电磁兼容性电磁兼容性),误码率低 由于UWB 脉冲极窄、频带极宽,其带宽相当于1 000 个电视频道或3万个FM 广播频道,因此单位频宽内的功率密度相当低。美国FCC 对UWB 的发射功率做了严格限制,
6、其功率密度甚至低于一般的噪声水平(比如低于一部笔记本电脑的辐射)。因此,UWB 对其他设备的影响微乎其微。UWB系统误码率可达到10-8、10-9。微波通信三、与其它短距离无线技术的比较 常见的短距离无线技术由IEEE802.11a、蓝牙、HomeRF。UWB蓝芽802.11aHomeRF速率(bps)最高达1G1M54M12M距离(米)10101010050功率1毫瓦以下1100毫瓦1瓦以上1瓦以下应用范围探距离多媒体家庭或办公室电脑和Internet网关电脑、电话及移动设备微波通信 这些流行的短距离无线通信标准各有千秋,这些技术之间存在着相互竞争,但在某些实际应用领域内它们又相互补充。四、
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