超宽带通信

概念

　　超宽带是利用纳秒级窄脉冲发射无线信号的技术, 适用于高速、 近距离的无线个人通信。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。

　　从频域来看, 超宽带有别于传统的窄带和宽带, 它的频带更宽。 窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率之比)小于 1% , 相对带宽在 1%到 25%之间的被称为宽带, 相对带宽大于25% , 而且中心频率大于500MHz的被称为超宽带。以一组数据作对比, 如: 某超宽带系统, 频率 5 . 5GHz, 频率为 3 . 1GHz, 其相对带宽为 55 . 8% , 以 3GW 2 CDMA 频谱分配为例作比较,其相对带宽为5MHz， 2 200MHz= 0 . 23%。

　　从时域上讲, 超宽带系统有别于传统的通信系统。一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制,而UWB 是利用起、 落点的时域脉冲(几十n s)直接实现调制, 超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行, 而且以这一过程中所持续的时间, 来决定带宽所占据的频率范围。

　　与传统的宽带和窄带技术相比,UWB 技术能够在具备更高数据传输率的同时, 保持很低的能耗。由shannon 公式(信道容量与信道带宽成线性关系, 而与信噪声比的对数成线性关系)可以验证这一点。由于UWB 发射功率受限, 进而限制了其传输距离, 据资料表明,UWB 信号的有效传输距离在 10m 以内, 故而在民用方面,UWB 普遍地定位于个人局域网范畴。

特点

　　1 抗干扰性能强

　　UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此。与IEEE 802.1la、IEEE 802.1lb和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。

　　2 传输速率高

　　UWB(Ultra Wide Band，超宽带)的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s。有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE 802.1la和IEEE802.1lb。

　　3 带宽极宽

　　UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天。开辟了一种新的时域无线电资源。

　　4 消耗电能小

　　通常情况下。无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此，要消耗一定电能。而UWB不使用载波。只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按O和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。

　　5 保密性好

　　UWB保密性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低。用传统的接收机无法接收。

　　6 发送功率非常小

　　UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mw的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。况且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小。这样，UWB的应用面就广。

应用

　　超宽带系统同时具有无线通信和定位的功能，可方便地应用于智能交通系统中，为车辆防撞、电子牌照、电子驾照、智能收费、车内智能网络、测速、监视、分布式信息站等提供高性能、低成本的解决方案。UWB也可应用在小范围、高分辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中，诸如军事、公安、消防、医疗、救援、测量、勘探和科研等领域，用做隐秘安全通信、救援应急通信、精确测距和定位、透地探测雷达、墙内和穿墙成像、监视和入侵检测、医用成像、贮藏罐内容探测等。UWB还可应用于传感器网络和智能环境，这种环境包括生活环境、生产环境、办公环境等。主要用于对各种对象(人和物)进行检测、识别、控制和通信。

前景

　　UWB技术具有系统复杂度低。发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，低截获能力，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入，非常适于建立一个高效的无线局域网(W AN)或无线个域网(WPAN)。UWB特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网(PAN)。具有一定相容性和高速、低成本、低功耗的优点使得UWB较适合家庭无线通信的需求。现有的无线通信方式，802．1lb和蓝牙的速率太慢，不适合传输视频数据；54 Mb/s速率的802.1la标准可以处理视频数据，但费用昂贵。而UWB有可能在10m 范围内。支持高达110 Mb/s的数据传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。