商用寬帶技術研究論文

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摘要超寬帶無線技術隨著向民用解禁正迅猛的發展，由于其信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低，系統復雜度低，功耗小，定位精度精確等諸多吸引人的優點，它將在無線通信、網絡、雷達系統、圖像處理和定位系統中得到廣泛的商業應用。

關鍵詞超寬帶(UWB)；脈沖無線電；IR；OFDM；DS-UWB

美國聯邦通信委員會FCC（FederalCommunicationsCommision）于2002年2月14日通過了一項曾經只應用于軍事和政府部門，現今可民用化的超寬帶UWB（UltraWideBand）無線通信技術。UWB完全迥異于其它無線技術，具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低，系統復雜度低，功耗小，定位精度精確等優點。在無線通信、網絡、雷達系統、圖像處理和定位系統中都具有其它技術無法比擬的優點。它不用載波而采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進行通信，因此也可稱作脈沖無線電(ImpulseRadio)，與二進制移相鍵控(BPSK)信號波形相比，超寬帶不采用余弦波進行載波調制而是發送間隔小于1ns的能量脈沖，因此它的帶寬極寬，高達數GHz，且由于頻譜的功率密度極小，它具有擴頻通信的特點。目前，為保障全球定位系統GPS，導航系統和軍事通信頻段，FCC限定UWB頻域在3.1至10.6GHz，且發射功率低于41dB。UWB向民用解禁后，我們更為關注的是它帶來的商業和民用價值。

1UWB的特點

⑴帶寬非常寬

UWB使用帶寬高達幾個GHz，頻率范圍從3.1GHz到10.6GHz。超寬帶系統容量大，不單獨占用現在已經擁擠不堪的頻率資源，而是共享其它無線技術所使用的頻段，這使得頻率資源日益緊張的今天有了實質性的緩解。

⑵傳輸速率高

UWB自問世后一直被看作是藍牙技術的替代品，它可以使電子通信設備之間通過無線互傳信息，速率可以達到480Mbps，遠高于IEEE：802.11a、IEEE：802.11b和藍牙數據速率的無線連接。

⑶發送功率非常小

UWB消耗功率很小，一般不超過200微瓦，不及Wi-Fi的千分之五。超低的發射功率極大延長了系統電源工作時間。另外，發射功率小，其產生的電磁波輻射對人體的影響也微乎其微。

⑷抗干擾性能強及保密性好

UWB采用跳時擴頻信號，系統具有較大的處理增益，發射時，微弱的脈沖信號分散在極寬的頻帶中，其輸出功率甚至低于一般電子設備產生的噪聲。接收時將信號能量還原出來，在解擴過程中產生擴頻增益。因此，與藍牙、IEEE802.11a和IEEE802.11b相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強的抗干擾性。同時超短而微弱的脈沖信念也使得UWB與其它無線通信設施之間的干擾大幅度降低。UWB保密性表現在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據；另一方面是系統的發射功率譜密度極低，用傳統的接收機無法接收。

⑸精準的定位功能

UWB系統具備良好的時間解析能力，使其能擁有精確的測距和定位功能，這一功能，可以將通信與定位融合，從而建立更為廣闊的應用領域，包括建立高度安全、較佳效能的網絡架構，以及精準的存貨追蹤管理。而在商業用途上，精準的定位功能將可應用到企業的倉儲管理上，協助物料與資材的追蹤定位。

⑹低廉的芯片成本

由于UWB不調制和解調復雜的載波信號，所以不需要混頻器、過濾器、RF/IF轉換器、本地振蕩器(Localoscillator)以及802.11x常用的超外差所需額外的表面聲波濾波器(SAWfilters)等復雜的元件，因而能量消耗很小，也更容易集成進CMOS里。除此之外，也可將射頻設計成不需要功率放大器，同時也可以使用CMOS制程，因此具備低成本的芯片結構。

2當前發展狀況

UWB的標準目前主要有兩大類，分別是摩托羅拉旗下子公司飛思卡爾(Freescale)引領的DS-UWB和由IEEE倡導的MBOA，兩者的分歧體現在UWB技術的實現方式上，前者采用直接序列擴展頻譜的技術，它可以使很多傳輸共享相同的頻率范圍，這使很多小批量(piconets)的UWB設備互相連接更為容易。而后者則采用多頻帶方式，OFDM方案是將可用的頻段分為多個子帶，每個子帶帶寬大于500Mb/s，每一個子帶的信號為一個OFDM信號。這兩種技術各自有各自的優勢和特點，但無法兼容，兩種標準的牽頭羊為了各自的利益，進行了激烈的角逐，但到目前為止還沒有哪一方勝出。從這兩個方案競

爭的激烈程度，我們可以預測到UWB技術巨大的潛在市場。技術的成功發展必定會反映在市場的不斷成熟和發展上，因此UWB技術所帶給世界無線通信市場的沖擊將是無法避免和前所未見的，它帶來的商業市場前景也是不可估量的。

3商業應用前景

無線通信歷來都是一個技術創新層出不窮的領域，超寬帶(UWB)實現了通信行業的設想：UWB在噪音標準之下調制數據，與頻帶內的其它無線通信標準并存而不相互干擾。隨著UWB技術逐漸成為標準，行業領先者已經開發出UWB芯片產品，開始推出支持UWB的激動人心的商業應用。

家庭網絡的應用中，UWB可以為無線局域網和個人局域網的接入技術帶來高速率、低功耗、高帶寬和低復雜度的無線通信解決方案，借助于UWB技術，可以家庭為單位建立局域網，使電腦和其它電子通信設備之間通過無線互傳信息，從而減少房間布線、提高設施移動性。作為一項正在迅速發展的新技術，UWB將顯著改善消費者的家用娛樂產品體驗。消費者開始使用家中的PC機或筆記本電腦享受UWB無線技術帶來的優越，其獨特的優勢就會讓家庭中的娛樂電器也受益，例如，UWB可以把數碼相機和數碼攝像機的數據資料，傳輸給PC機，可以將DVD、VCD等各種視頻數據傳輸到隔壁房間的電視，UWB將實現速度高達每秒110Mbit乃至更快的無線連接，使其非常適合連接電視與DVD播放機和錄像機、個人視頻記錄器以及家庭音響。可以認為UWB是家庭網絡更加合理的解決途徑。

在定位檢測應用中，由于UWB技術具有很好的定位能力，這一特性也可以使其擁有極其廣泛的應用前景。由于UWB的高頻信號具有很強的穿透力，所以消防員、警察和災難救援人員可以利用UWB技術偵察出藏在厚墻另一側、深埋在地下甚至是人體內部的目標物；汽車制造商可利用UWB技術建立汽車傳感器、防撞系統、智能高速公路感測系統；此外其定位精度甚至超越了GPS全球定位系統，所以UWB將在定位檢測領域有更大的突破。

當前，人們看好UWB技術的利用價值，最主要集中在消費電子應用領域。英特爾、德州儀器、西門子等業界知名廠商也對UWB技術在此領域的應用前景保持樂觀。筆記本電腦、PDA、數碼相機、掃描儀、打印機、攝錄像機、以及MP3播放器等消費電子產品，均可以利用UWB技術進行高效率高品質的視頻和音頻數據傳輸。許多國家都已明確了全面實現數字電視網絡的目標，UWB技術將在數字電視網絡的許多環節上，充分發揮高速、無線和低干擾等優勢。用UWB技術傳輸數字視頻信號的速率，是當前有線電視調制解調器的10倍之多。XtremeSpectrum公司在不久前展示的一塊UWB芯片樣品，可以將數字電視信號同時沿著6個不同的信道傳向6臺電視機。美國飛思卡爾半導體(FreescaleSemiconductor)不久前在飛思卡爾技術論壇宣布，海爾采用了該公司的UWB(超寬帶)無線芯片，推全球首款UWB電視，即將先后在中國和美國捆綁上市液晶電視和媒體服務器。新加坡Cellonics公司研發的一種新調制技術，更是將UWB的應用拉近了現實當中，它演示了UWB技術在消費電子產品中傳輸多媒體信號的過程，其質量之高、功耗之低而技術之簡單，使更多的人對UWB在消費電子中的應用更加滿懷信心。

目前，在業界的推動下，UWB技術已經日臻成熟，一些廠商已經推出了UWB芯片和相關產品。目前在試驗室，UWB無線傳送裝置已經可以進行速率為480Mbit/s的數據傳送。鑒于UWB技術所表現出來的優越特性和上述廣泛的潛在應用領域，樂觀者預計到了2006年，UWB技術將可能產生10億美元的市場。

4小結

一項只用于10米范圍之內，傳輸速率達到幾百兆的無線通信技術引起了英特爾、摩托羅拉、西門子等通信業界巨頭們的關注，也使家電業各大廠商們看到了UWB的應用前景。自UWB被批準民用后，家電廠商和PC廠商便蜂擁而至進行產品開發，積極拓展此項技術的商業化應用和發展，加快了UWB技術的商業化步伐。總之，UWB可定位于家用類設備和終端間的無線連接。眾多的家電類設備，決定了UWB的應用范圍相當廣泛。UWB向人們清楚地展示了家用電子設備更為簡潔的美好前景，在商業多媒體設備、家庭和個人網絡方面極大地提高了一般消費者和專業人員的適應性和滿意度。基于此，業界必須致力于提供標準與實現技術努力挖掘UWB的潛力。當然，UWB作為民用技術任重而道遠，尚有一些應用中產生的信號干擾和頻段開放引起的諸如安全性和干擾問題亟待解決。軍方、政府、無線運營商和設備制造商等各方之間的利益沖突使得他們在UWB技術的民用化問題上尚有疑慮。但不管怎么說，我們有理由相信，由UWB技術所帶來的技術發展和革新會使得UWB技術進入更多的應用領域，帶來更為廣闊的應用前景。

參考文獻

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