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分析:UWB超寬帶技術發展展望
摘要: 超寬帶(UWB)技術始于20世紀60年代興起的脈沖通信技術,利用頻譜極寬的超短脈沖進行通信,又稱為基帶通信、無載波通信,主要用于軍用雷達、定位和通信系統中。2002年2月,美國聯邦通信委員會(FCC)批準了UWB技術用于民用;隨后,日本于2006年8月開放了超寬帶頻段。由于UWB技術具有傳輸速率高(達1Gbit/s)、抗多徑能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率、與現有其他無線通信系統共享頻譜等特點,現在已經成為無線個人域網(WPAN)的首選技術。
Abstract:
Key words :

超寬帶(UWB)技術始于20世紀60年代興起的脈沖通信技術,利用頻譜極寬的超短脈沖進行通信,又稱為基帶通信、無載波通信,主要用于軍用雷達、定位和通信系統中。2002年2月,美國聯邦通信委員會(FCC)批準了UWB技術用于民用;隨后,日本于2006年8月開放了超寬帶頻段。由于UWB技術具有傳輸速率高(達1Gbit/s)、抗多徑能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率、與現有其他無線通信系統共享頻譜等特點,現在已經成為無線個人域網(WPAN)的首選技術。

超寬帶理論

迄今為止,超寬帶理論體系還不完善,關于其工作機理和特性還有很多疑問,如超寬帶信號傳播特性、信道模型、超寬帶天線設計理論以及超寬帶信號處理理論等,而這對超寬帶系統的設計和應用至關重要。

標準化

在UWB物理層兩種技術方案中,DS-UWB產業發展相對領先,目前已有多款商用芯片問世,產業發展進入模塊階段(IEEE1394和PCI應用模塊,無線USB應用模塊),2004年8月獲得了FCC的批準,嵌入DS-UWB的電子產品可以在美國市場銷售。

MB-OFDM商用芯片問世,產業發展進入芯片階段,獲得了眾多廠商的支持。

IEEE802.15.3a高速UWB的上層協議由WiMediaAlliance負責。2005年3月,WiMedia聯盟與MB-OFDM聯盟合并,顯著提高了開發超寬帶標準和互操作性的效率,但這并沒有改變最終結果。經過四年爭論之后,IEEE負責802.15.3aUWB標準的任務小組經全體投票一致通過決定解散,消費者將自己選擇他們認為最方便、最實用的技術。與此同時,WiMedia聯盟建議歐洲的行業協會和標準化組織EcmaInternational的成員采用其MB-OFDM標準作為消費產品中使用的UWB全球標準,并將標準提交ISO/IECJTC1快速通過。

干擾問題

超寬帶系統應用中存在一個與現有其他無線通信系統的共存問題。由于超寬帶系統使用很寬的頻譜,因此與很多其他的無線通信系統頻譜重疊。雖然從理論上說超寬帶系統的發射功率譜密度很低,應能和其他無線通信系統兼容,但在實際應用中,超寬帶系統對其他無線通信系統的兼容性還需要實驗證明,特別是超寬帶系統的工作機理還有很多不清楚的方面,比如超寬帶系統的帶外干擾問題,即超寬帶設備有可能對其工作頻段之外的無線系統產生一定的干擾,這部分干擾還很難用理論計算的方法準確估計,如對GPS的干擾、對個人通信系統900/1800MHzGSM的干擾、對無線局域網IEEE802.11的干擾等,特別是當某特定區域有很多超寬帶設備時,其集中干擾必須認真考慮。

與之對應的問題是,來自于其他無線通信系統的信號對UWB接收機的帶內干擾。UWB設備發射功率譜密度很低,UWB接收機中容易受到噪聲和干擾影響,特別是來自窄帶無線系統的阻塞干擾。

干擾問題始終是制約民用超寬帶技術發展和應用的一個重要問題。目前,隨著4G標準化進程的加快,UWB與4G的“和平共處”也值得深入研究。UWB使用頻段與4G候選頻段有重疊,為了對未來的4G系統提供保護,必須開展UWB與4G的共存研究。DAA(detect and avoid)作為UWB的防干擾技術在日本和歐洲越來越受到重視,為了保護未來4G移動通信系統,一些國家提出UWB必須使用DAA的限制方案。

“UWB+無線Mesh”

與傳統的集中控制式無線網絡相比,Mesh擴展覆蓋范圍,提供非視距傳輸(NLOS),結構靈活,具有自建性、自愈性、自組性,支持多種接入方式,支持移動性,易于安裝,成本低廉。作為一種理想的網狀網物理層技術,UWB和網狀網技術的融合將是未來UWB技術發展不可避免的趨勢。

UWB技術的特點決定了整個網絡的功耗和成本可以很低,網絡數據傳輸速率高,系統總容量大,安全性能高,抗信道衰落能力強。但基于UWB的網狀網技術也有其缺點,主要表現為:由于UWB發射功率限制,單跳傳輸距離短,只有10米左右的距離。

UWB應用

UWB技術可以提供高達1Gbit/s的數據傳輸速率,可用在數字家庭網絡或辦公網絡中,實現近距離、高速率數據傳輸。例如,利用UWB技術可以在家用電器設備之間提供高速的音頻、視頻業務傳輸。在數字辦公環境中,應用UWB技術可以減少線纜布放的麻煩,提供無線高速互聯。另外,利用UWB技術還可以實現軍用通信、雷達探測、精確定位等等。

UWB技術起源于脈沖通信,最初主要用于軍事領域。近年來,超寬帶技術開始用于民用高速、近距離無線通信領域,并取得了較快發展,產生了MB-OFDM、DS-UWB兩種技術方案。目前,國際上對UWB技術的研究正在如火如荼地進行。憑借高速率、低功耗、低成本等優勢,超寬帶技術必將得到廣泛應用。
 

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