UWB(超宽带)技术能够为无线局域网和个人域网的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术,已经成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。 一、UWB技术定义。 UWB是指信号宽带大于500MHz或者信号宽带与中心频率之比大于25%。 例如一个中心频率为1GHz的UWB系统,它的射频带宽应在250MHz以上。 UWB技术是一种无载波通信技术,它采用极短的脉冲信号来传送信息,通常每个脉冲持续的时间只有十几皮秒到几纳秒的时间。 UWB技术也称为脉冲无线电、脉冲雷达、时域技术或无载波技术等。 二、UWB技术特点。 UWB技术具有以下特点。 ①传输速率高,空间容量大。在UWB系统中,信号宽带高达0.5~7.5GHz,传输速率可达到几百兆至1Gbit/s,因此,将UWB技术应用于短距离高速传输场合是非常合适的,可以极大地提高空间容量。 ②适合近距离通信。按照FCC规定,UWB系统的辐射功率非常有限，3.1~10.6GHz频段总辐射功率仅0.55MW,远低于传统窄带系统。随着传输距离的增加,信号功率将不断衰减。另外,超宽带信号具有极其丰富的频率成分，无线信道在不同频率表现出不同的衰减特性。由于随着传输距离的增加高频信号衰减极快,导致UWB信号产生失真,严重影响系统性能。研究表明,当收发信机之间距离小于10m时,UWB系统的信道容量高于5GHz频段的WLAN系统，当收发信机之间距离超过12m时,UWB系统的容量急剧下降。因此,UWB系统特别适合近距离通信。 ③隐蔽性好。因为UWB的频谱非常宽,能量密度非常低,因此信息传输安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB设备对于其他设备的干扰就非常低。 ④多径分辨能力强。由于UWB极高的工作频率和极低的占空比而具有很高的分辨率,窄脉冲的多径信号在时间上不易重叠,很容易分离出多径分量,所以能充分利用发射信号的能量。实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10~30dB的多径环境,UWB信号的衰落最多不到5dB。
⑤定位精度高。冲击脉冲具有很高的定位精度,采用超宽带无线通信,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。
⑥抗干扰能力强。UWB扩频处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数。UWB的占空比一般为0.001~0.01,具有比其他扩频系统高得多的处理增益,抗干扰能力强。一般来说,UwB抗干扰处理增益在50dB以上。
⑦穿透能力强。在具有相同绝对带宽的无线信号中,UWB脉冲的频率最低,相对于毫米波信号具有更强的穿透能力。
③体积小,功耗低。UWB无线通信系统接收机没有本振、功放、锁相环、压控振荡器、颗器等,因而结构简单,设备成本低。由于UWB信号无需载波,而是使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0.20~1.5ns之间,有很低的占空因数,所以它只需要很低的电源功率。一般UWB系统只需要50~70MW的电源,是蓝牙技术的十分之一。
三、UWB技术应用。
UWB技术是一种技术手段先进且性价比较高的短距离无线通信技术,在办公及家庭环境、军事领域、成像、传感器网络、智能交通领域具有广阔的应用前景。
(1)办公及家庭环境：应用UWB技术,对于办公及家庭设备可以实现快捷使用。传统的传输技术需要在电子设备间进行有线连接,继而才能进行信息传输,而UWB技术所采用的无线方式,为信息传输活动提供很大的便利性,利用超宽带信息大容量、设备便捷等优势,可以对办公以及家庭环境进行有效优化。
(2)军事领域：UWB技术具有良好的信号隐蔽性能,在军事领域中应用该技术,可以对新型雷达系统进行有效创新,对无人驾驶飞机进行技术完善。现阶段,军事隐身战术受到了大力推广,引用UWB技术,可以探测出隐身战斗机，因此,UWB技术在未来发展中,必将受到军事领域的高度重视。
(3)成像：UWB技术具有良好的障碍物穿透能力,可以利用该技术研发穿墙雷达探测墙体后方人员;还可以将穿墙技术应用在搜寻工作中,如地震中可以帮助搜救人员对受灾人员进行快速且准确的定位,有效提高搜救效率与质量。
(4)传感器网络：利用UWB低成本、低功耗的特点,可以将UWB用于无线传感网。在大多数的应用中,传感器被用在特定的局域场所。作为无线传感网的通信技术必须是低成本和低功耗,UWB是无线传感网通信技术的最合适候选者。
(5)智能交通领域：UWB技术可以对目标进行快速搜索与准确定位,在智能交通中,可以利用该技术研发雷达系统,这样可以有效提升雷达系统的防障碍物性能,在汽车中安装该系统,可以为车辆驾驶员提供智能化服务,在车辆行驶过程中,可以帮助驾驶员避开障得物;还可以帮助驾驶员对汽车进行定位测量、获取相关道路信息等。
由于UWB技术具有明显的优势,其应用领域非常广泛。UWB技术可以用于低截获率的内部无线通信系统、超宽带雷达、防撞雷达、高精度定位系统、无人驾驶飞行和探地雷达等;UWB技术在智能交通系统、成像应用、无线传感网络以及射频标识等领域都有很大的应用前景。
