UWB的特點及在短距離無線通信中的應用前景

摘要：UWB是一種高速、低成本和低功耗新興無線通信技術，本文介紹UWB的主要特點及相關應用，詳細比較了UWB通信與IEEE802.11、Bluetooth和HomeRF等現有短距離無線通信的異同，并對UWB在家庭無線通信網中的應用前景進行了分析和展望。

    關鍵詞：UWB IEEE802.11 Bluetooth HomeRF

超寬帶（Ultra-wideband,UWB）技術起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展，人們對高速無線通信提出了更高的要求，超宛帶技術又被重新提出，并倍受關注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%。與常見的通信方式使用連續(xù)的載波不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數據傳輸速率可以達到幾百Mbps。在高速通信的同時，UWB設備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現有設備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現有無線電設備共享帶寬。所以，UWB是一種高速而又低功耗的數據通信方式，它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。目前，Intel、Motorola、Sony等知名大公司正在進行UWB無線設備的開發(fā)和推廣。

1 UWB的主要特點及其應用

鑒于UWB信號是持續(xù)時間非常短的脈沖串，占用帶寬大，因此它有一些十分獨特的優(yōu)點和用途。在通信領域，UWB可以提供高速率的無線通信。在雷達方面，UWB雷達具有高分辨力（ns級）。當前的隱身技術采用的是隱射涂料和隱身特殊結構，但都只能在一個不大的頻帶內有效，在超寬頻帶內，目標就會原形畢露。UWB雷達還具有很強的穿透能力，UWB信號能穿透樹葉、土地、混凝土、水體等介質，因此軍事上UWB雷達可用來探測地雷，民用上可以查找地下金屬管道、探測高速公路地基等。在定位方面，UWB可以提供很高的定位精度。UWB使用極微弱的同步脈沖可以辨別出隱藏的物體或墻體后運動著的物體，定位誤差只有一兩厘米。也就是說，同一個UWB設備可以實現通信、雷達和定位三大功能。

UWB無線通信除了帶寬大，通信速率高之外，還有更多的優(yōu)點。首先，UWB通信的保密性強。UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度非常低，有用信息完全淹沒在噪聲中，被截獲概率很小，被檢測的概率也很低，這一點在軍事通信上有很大的應用前景。其次，UWB通信采用調時序列，能夠抗多徑衰落。多徑衰落是指反射波和直射波疊加后造成的接收點信號幅度隨機變化，而UWB系統(tǒng)每次的脈沖發(fā)射時間很短，在反射波到達之前，直射波的發(fā)射和接收已經完成。因此，UWB系統(tǒng)特點適合于高速移動環(huán)境下使用。更重要的是，UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，UWB通信系統(tǒng)幾乎是全數字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統(tǒng)的復雜性，降低成本。可以說，低成本、低功耗、高速率、簡單有效的UWB通信正是人類所期望的夢幻般的無線通信方式。

當然，UWB通信也存在不足，主要問題是UWB系統(tǒng)占用的帶寬很大，UWB系統(tǒng)可能會干擾現其他無線通信系統(tǒng)，因此UWB系統(tǒng)的頻率許可問題一直在爭論之中；另外，還有學者認為，盡管UWB系統(tǒng)發(fā)射的平均功率很低，但是由于它的脈沖持續(xù)時間很短，它的瞬時功率峰值可能會很大，這甚至會影響到民航等許多系統(tǒng)的正常工作。但是學術界的種種爭論并不影響UWB的開發(fā)和使用，2002年2月美國通信協(xié)會（FCC）批準了UWB用于短距離無線通信的申請。

UWB的用途有很少，主要分為軍事和民用兩個方面。在軍事上UWB可以

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