網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)論文

UWB技術(shù)簡介及其應(yīng)用一、超寬帶的定義

現(xiàn)在的超寬帶已經(jīng)不局限于早期的脈沖形式的無線電，任何無線電系統(tǒng)，只要它滿足下面的條件之一就稱為超寬帶系統(tǒng)：2（fH-ffH-fL式中，fH和fL分別是傳輸帶寬的高端頻率和低端頻率。此外，F(xiàn)CC規(guī)定超寬帶設(shè)備的功率譜密度不超過-41.3dBM/Hz，以避免對(duì)已有的通信系統(tǒng)(比如GPS)產(chǎn)生干擾。FCC的功率譜密度限制顯示在圖1。圖1UWB在室內(nèi)的頻譜屏蔽二、超寬帶的實(shí)現(xiàn)技術(shù)1.沖激無線電沖激無線電使用脈位調(diào)制，或二進(jìn)制相移鍵控BPS或者脈沖幅度調(diào)制的基帶短脈沖串傳輸數(shù)據(jù)符號(hào)。沖激無線電采用跳時(shí)或直接序列實(shí)現(xiàn)多址接入。在跳時(shí)方式中，是通過脈沖到達(dá)的時(shí)間順序區(qū)分用戶，在直接序列方式中是通過脈沖的極性序列來區(qū)分用戶。沖激無線電系統(tǒng)具有低成本、容易實(shí)現(xiàn)、衰落深度淺和好的穿透能力等，但是基帶短脈沖具有一部分低頻分量，這部分低頻分量在高速通信中很難達(dá)到FFC的功率譜密度的規(guī)定。目前沖激無線電系統(tǒng)通常應(yīng)用在定位搜索以及低速的數(shù)據(jù)通信中。

2.MB-OFDMMB-OFDM(多帶正交頻分復(fù)用)是由德州儀器提出，得到以Intel與德州儀器為首的MBOA(多帶聯(lián)盟)的支持，MB-OFDM將頻分復(fù)用和頻率交織技術(shù)結(jié)合起來。MB-OFDM將7.5GHz的帶寬分成了若干個(gè)528MHz的頻帶，并且不使用5.2～5.7GHz的802.11a的頻帶。它的調(diào)制方式是正交頻分復(fù)用，也就是以時(shí)間交織方式在不同的頻帶上傳輸信息。它使用時(shí)頻碼來區(qū)分用戶。MB-OFDM系統(tǒng)能夠支持4～16個(gè)同時(shí)發(fā)生的微微網(wǎng)。MB-OFDM有很高的頻譜靈活性，在射頻干擾和多徑效應(yīng)中具有恢復(fù)能力，缺點(diǎn)是稍微增加了發(fā)射器的復(fù)雜性。5．超寬帶的定位精度與其帶寬直接相關(guān)其帶寬一般在500MHz以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了一般的無線通信信號(hào)，因此，其所能實(shí)現(xiàn)的定位精度也很高?；鶐У恼}沖的信號(hào)，因?yàn)槠鋷捦ǔＴ跀?shù)GHz，所以其定位精度更是可以高達(dá)厘米量級(jí)。四、超寬帶的應(yīng)用超寬帶無線通信技術(shù)的主要功能包括無線通信和定位功能。進(jìn)行高速無線通信時(shí)，傳輸距離較近，一般在10到20米左右，進(jìn)行較低的速率無線通信和定位時(shí)，傳輸距可更遠(yuǎn)。超寬帶采用基帶脈沖方式時(shí)，具有較強(qiáng)的透視功能，可以穿透數(shù)層墻壁進(jìn)行通信，成像或定位。與全球定位系統(tǒng)相比，超寬帶技術(shù)的定位精度更高。根據(jù)上述的功能，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于無線多媒體局域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)，無線傳感網(wǎng)，雷達(dá)定位、成像系統(tǒng)和交通系統(tǒng)，以及應(yīng)用于軍事、公安、救援、醫(yī)療、測(cè)量等多個(gè)領(lǐng)域。無線多媒體局域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)在無線多媒體局域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)中，各種數(shù)字多媒體設(shè)備，如數(shù)碼攝像機(jī)、MP3播放器、數(shù)字電視、計(jì)算機(jī)、投影儀、各種智能家電等，根據(jù)需要，在小范圍內(nèi)組成組織式的網(wǎng)絡(luò)，互相傳送多媒體數(shù)據(jù)，并可以通過安裝在家中的寬帶網(wǎng)關(guān)，接入因特網(wǎng)，構(gòu)成一個(gè)智能家庭環(huán)境。表1列舉了目前的一些無線多媒體業(yè)務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，目前只有超寬帶技術(shù)可以滿足各種無線多媒體應(yīng)用的傳輸速率需要。應(yīng)用要求的速率應(yīng)用要求的速率無線視頻投影15—70Mbps大容量多媒體文件拷貝100Mbps以上高清晰度電視20—80Mbps替代有線電纜IEEE1394a100/200/400Mbps數(shù)碼攝像機(jī)27MbpsUSB2.01.5/12/480Mbps表1無線多媒體應(yīng)用對(duì)傳輸速率的要求無線傳感網(wǎng)無線傳感網(wǎng)中，通常要求傳感器的功耗非常小，可以連續(xù)工作數(shù)月、甚至數(shù)年之久而不需要充電。目前的做法是通過媒體的計(jì)入控制層和網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議涉及，盡量減少不必要的傳輸，來有效地利用無線信道和能量資源。在此基礎(chǔ)上，采用極低功耗的超帶寬物理層，可以大大簡化MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的復(fù)雜度，使系統(tǒng)總體功耗進(jìn)一步降低。智能交通系統(tǒng)UWB除了高速和低功耗的特點(diǎn)外，還具有定位和搜索能力。利用超寬帶的定位和搜索能力，可以制造防碰和防障礙物的雷達(dá)。裝載了這種雷達(dá)的汽車會(huì)非常容易駕駛。當(dāng)汽車的前方、后方、旁邊有障礙物時(shí)，該雷達(dá)會(huì)提醒司機(jī)。在停車的時(shí)候，這種基于UWB的雷達(dá)是司機(jī)的強(qiáng)有力的助手。因?yàn)閁WB是高速的無線通信技術(shù)。利用UWB可以建立智能交通管理系統(tǒng),這種系統(tǒng)應(yīng)該由若干個(gè)站臺(tái)裝置和一些車載裝置組成無線通信網(wǎng)，兩種裝置之間通過UWB進(jìn)行通信完成各種功能。例如實(shí)現(xiàn)不停車的自動(dòng)收費(fèi)，汽車方的隨時(shí)定位測(cè)量、道路信息和行駛建議的隨時(shí)獲取，站臺(tái)方對(duì)移動(dòng)汽車的定位搜索和速度測(cè)量等軍事、救援和安全等領(lǐng)域采用基帶脈沖方式的超寬帶系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的穿透障礙物進(jìn)行通信的功能，在軍事、消防、勘測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的用途。成像應(yīng)用由于UWB具有好的穿透墻和樓層的能力，UWB可以應(yīng)用于成像系統(tǒng)。利用UWB技術(shù)，可以制造穿墻雷達(dá)和穿地雷達(dá)。穿墻雷達(dá)可以用在戰(zhàn)場(chǎng)上和警察的防暴行動(dòng)中，定位墻后和角落的敵人。地面穿透雷達(dá)可以用來探測(cè)礦產(chǎn)，在地震或其他災(zāi)難后搜尋幸存者?；赨WB的成像系統(tǒng)也可以用于避免使X射線的醫(yī)學(xué)系統(tǒng)。5.UWB應(yīng)用于智能標(biāo)識(shí)（1）存貨跟蹤和系統(tǒng)服務(wù)將UWB節(jié)點(diǎn)安裝在大商場(chǎng)的入口和每個(gè)商店里。該商場(chǎng)的每個(gè)產(chǎn)品都有一個(gè)UWB的射頻標(biāo)簽以便隨時(shí)對(duì)它的地點(diǎn)進(jìn)行探測(cè)。在商店的入口,用戶可以用PDA下載產(chǎn)品的多媒體目錄，當(dāng)選擇了產(chǎn)品A，用戶就能夠得到產(chǎn)品A在特定商店的位置。（2）文檔和書的管理在辦公室和圖書館，每個(gè)文檔和書(包括電子書)附有一個(gè)UWB的射頻標(biāo)簽。利用UWB的精確定位能力，人們通過PC、PDA或其他的終端可以很容易地找到想要的文檔或書。五、對(duì)超寬帶技術(shù)的體會(huì)超寬帶不僅僅是一種新的通信技術(shù)，更代表了一種新的共享使用頻譜的方式。超寬帶通信可以以時(shí)域的基帶窄脈沖