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                                                                                  sungame_超宽带无线通讯技能的特点与成长偏向

                                                                                  作者:sungame  时间:2018-09-29 08:09  阅读:893

                                                                                  连年来,超宽带(UWB)无线通讯成为短间隔、高速无线收集最热点的物理层技能之一。UWB(Ultra-Wideband)超宽带,一开始是行使脉冲无线电技能,此技能可追溯至19世纪。其后由Intel等大公司提出了应用了UWB的MB-OFDM技能方案,因为两种方案的截然差异,并且各自都有强盛的阵营支持,拟定UWB尺度的802.15.3a事变组没能在两者中决出最终的尺度方案,于是将其交由市场办理。至今UWB还在争论之中。UWB调制回收脉冲宽度在ns级的快速上升和降落脉冲,脉冲包围的频谱从直流至GHz,不需通例窄带调制所需的RF频率调动,脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时距离断在10 - 100 ps级。频谱外形可通过头窄一连单脉冲外形和天线负载特性来调解。UWB信号在时刻轴上是稀少漫衍的,其功率谱密度相等低,RF可同时发射多个UWB信号。UWB信号相同于基带信号,可回收OOK,对映脉冲键控,脉冲振幅调制或脉位调制。UWB差异于把基带信号调动为无线射频 (RF) 的通例无线体系,可视为在RF上基带撒播方案,在构筑物内能以极低频谱密度到达100 Mb/s数据速度。

                                                                                  1 UWB的发生与成长

                                                                                  超宽带(UWB)有着久长的成长汗青,但在1989年之前,超宽带这一术语并不常用,在信号的带宽和频谱布局方面也没有明晰的划定。1989年,美国国防部高级研究打算署(DARPA)起首回收超宽带这一术语,并划定:若信号在-20dB处的绝对带广大于1.5GHz或相对带广大于25%,则该信号为超宽带信号。

                                                                                  个中,fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。图1给出了带宽计较表示图。可见,UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与个中心频率之比)的无线电技能。

                                                                                  UWB(UltraWideband)是一种无载波通讯技能,操作纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号,UWB能在10米阁下的范畴内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速度。UWB具有抗滋扰机能强、传输速度高、带宽极宽、耗损电能小、发送功率小等诸多上风,首要应用于室内通讯、高速无线LAN、家庭收集、无绳电话、安详检测、位置测定、雷达等规模。UWB技能最初是被作为军用雷达技能开拓的,早期首要用于雷达技能规模。2002年2月,美国FCC核准了UWB技能用于民用,UWB的成长步骤开始慢慢加速。

                                                                                  超宽带无线通讯技能的特点与成长偏向

                                                                                  2002年2月,FCC核准UWB技能进入民用规模,并对UWB举办了从头界说,划定UWB信号为相对带广大于20%或-10dB带广大于500MHz的无线电信号。按照UWB体系的详细应用,分为成像体系、车载雷达体系、通讯与丈量体系三大类。按照FCCPart15划定,UWB通讯体系可行使频段为3.1 GHz~10.6 GHz。为掩护现有体系(如GPRS、移动蜂窝体系、WLAN等)不被UWB体系滋扰,针对室内、室外差异应用,对UWB体系的辐射谱密度举办了严酷限定,划定UWB体系的最高辐射谱密度为-41.3 dBm/MHz.。图2示出了FCC对室内、室外UWB体系的辐射功率谱密度限定。当前,人们所说的UWB是指FCC给出的新界说。

                                                                                  超宽带无线通讯技能的特点与成长偏向

                                                                                  UWB 体系在很低的功率谱密度的环境下,已经证实可以或许在户内提供高出480Mbps 的靠得住数据传输。与当前风行的短间隔无线通讯技能对比,UWB 具有庞大的数据传输速度上风,最大可以提供高达1000Mbps 以上的传输速度。UWB技能在无线通信方面的创新性、好处性已引起了环球业界的存眷。与蓝牙、802111b、802115 等无线通讯对比, UWB 可以提供更快、更远、更宽的传输速度,越来越多的研究者投入到UWB 规模,有的纯真开拓UWB技能,有的开拓UWB应有,有的兼而有之。信托UWB技能, 不只为低端用户所喜欢,且在一些高端技能规模,在军事需求和贸易市场的敦促下,UWB 技能将会进一步成长和成熟起来。据连系贸易谍报公司在《关于UWB 的猜测和隐藏市场应用的陈诉》指出,2007 年环球配备UWB的电子装备和芯片的出产量将到达4510 万套,昔时的收益将到达13. 9 亿美元。

                                                                                  2 UWB的技能特点

                                                                                  (1)传输速度高,空间容量大

                                                                                  按照仙农(Shannon)信道容量公式,在加性高斯白噪声(AWGN)信道中,体系无过错传输速度的上限为:

                                                                                  C=B×log2(1+SNR)   (1)

                                                                                  个中,B(单元:Hz)为信道带宽,SNR为信噪比。在UWB体系中,信号带宽B高达500MHz~7.5GHz。因此,纵然信噪比SNR很低,UWB体系也可以在短间隔上实现几百兆至1Gb/s的传输速度。譬喻,假如行使7 GHz带宽,纵然信噪比低至-10 dB,其理论信道容量也可到达1 Gb/s。民用商品中,一样平常要求UWB 信号的传输范畴为10m以内,再按照颠末修改的信道容量公式,其传输速度可达500Mbit/ s,是实现小我私人通讯和无线局域网的一种抱负调制技能。UWB 以很是宽的频率带宽来调换高速的数据传输,而且不光独有效此刻已经拥挤不堪的频率资源,而是共享其他无线技能行使的频带。在军事应用中,可以操作庞大的扩频增益来实现远间隔、低截获率、低检测率、高安详性和高速的数据传输。

                                                                                  (2)得当短间隔通讯

                                                                                  凭证FCC划定,UWB体系的可辐射功率很是有限,3.1GHz~10.6GHz频段总辐射功率仅0.55mW,远低于传统窄带体系。跟着传输间隔的增进,信号功率将不绝衰减。因此,吸取信噪比可以暗示成传输间隔的函数SNRr (d )。按照仙农公式,信道容量可以暗示成间隔的函数

                                                                                  C(d)=B×log2[1+SNRr(d )]  (2)

                                                                                  其它,超宽带信号具有极其富厚的频率因素。众所周知,无线信道在差异频段示意出差异的衰落特征。因为跟着传输间隔的增进高频信号衰落极快,这导致UWB信号发生失真,从而严峻影响体系机能。研究表白,当收发信机之间间隔小于10m时,UWB体系的信道容量高于5GHz频段的WLAN体系,收发信机之间间隔高出12m时,UWB体系在信道容量上的上风将不复存在。因此,UWB体系出格得当于短间隔通讯。

                                                                                  (3)具有精采的共存性和保密性

                                                                                  因为UWB体系辐射谱密度极低(小于-41.3dBm/MHz),对传统的窄带体系来讲,UWB信号谱密度乃至低至配景噪声电平以下,UWB信号对窄带体系的滋扰可以视作宽带白噪声。因此,UWB体系与传统的窄带体系有着精采的共存性,这对进步日益求助的无线频谱资源的操作率长短常有利的。

                                                                                  (4)多径判别手段强,定位精度高