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超寬頻(UWB, Ultra Wide Band),超寬頻技術是一種全新的、與傳統通信技術有極大差異的通信新技術。它不需要使用傳統通信體制中的載波,而是通過發送和接收具有納秒(nano second)或納秒級以下的極窄脈衝來傳輸數據,從而具有GHz量級的頻寬(Bandwidth)。[1]
發展歷史
UWB的歷史可回溯至60年代,當時發展的主軸為研究微波網路在面對時域脈衝所產生的瞬間行為。在Harmuth、Ross、以及Robbins等研發先鋒的努力下,UWB技術在70年代有重大的發展,其中大部份集中在雷達系統,包括穿地雷達系統。到80年代後期,該技術開始被稱為無載波或脈衝無線電。美國國防部在1989年首次使用「超頻寬」這個名詞,在當時UWB的理論與技術已經發展將近30年之久。自從1994年開始,美國大部份的UWB研發工作都是在沒有分類限制的狀況下進行。這種情況大幅加快研發的速度,業界對其商業化發展的興趣亦大幅提高。
其中有2項發展激發商業界對這項技術的興趣,包括UWB系統可以與其它使用較高頻譜密度的通訊系統並存,而且不會對其它系統產生干擾;另外FCC於 2002年2月14日發佈的02-48號報告與規範,定義各項並存規則,其中包括針對各種類型的UWB裝置制定電波發射限制。這套法律架構針對各種專利型 UWB裝置立即開拓市場商機,長期而言,市場對標準型產品也有更強烈的興趣。
由於UWB種類眾多,因此潛在的用途也相當廣泛。其中包括無線區域網路(WLAN)、個人區域網路(PAN)、短距離雷達(例如汽車感測器、防撞系統、智慧型高速公路感測系統、液態物體水位偵測系統)、穿地雷達、以及應用在醫療監視與運動員訓練等領域的人體區域網路。[2]
工作原理
UWB技術最基本的工作原理是發送和接收脈衝間隔嚴格受控的高斯單周期超短時脈衝,超短時單周期脈衝決定了信號的帶寬很寬,接收機直接用一級前端交叉相關器就把脈衝序列轉換成基帶信號,省去了傳統通信設備中的中頻級,極大地降低了設備複雜性。
UWB技術採用脈衝位置調製PPM單周期脈衝來攜帶信息和信道編碼,一般工作脈寬0.1-1.5ns (1納秒= 十億分之一秒),重複周期在25-1000ns。
UWB具有強大的數據傳輸速率優勢,同時受發射功率的限制,在短距離範圍內提供高速無線數據傳輸將是UWB的重要應用領域。[1]
應用
定位應用: UWB的定位原理和衛星導航定位原理很相似。如下圖,天上的衛星坐標為已知,地上的接收設備同時接收到四個衛星信號就能確定自己的位置坐標(平面和高程坐標)。UWB的定位原理就是通過在室內布置4個已知坐標的定位基站,需要定位的人員或者設備攜帶定位標籤,標籤按照一定的頻率發射脈衝,不斷和四個已知位置的基站進行測距,通過一定的算法精確的計算定位標籤的位置。
UWB定位的主要優勢有,低功耗、對信道衰落(如多徑、非視距等信道)不敏感、抗干擾能力強、不會對同一環境下的其他設備產生干擾、穿透性較強(能在穿透一堵磚牆的環境進行定位),具有很高的定位準確度和定位精度。 基於UWB的室內定位方案正在逐步滲透機場、展廳、 寫字樓、倉庫、地下停車、監獄、軍事訓練基地等需要使用準確的室內定位信息的應用。[1]