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UWB 与窄频频谱密度
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超宽频UWB, Ultra Wide Band),超宽频技术是一种全新的、与传统通信技术有极大差异的通信新技术。它不需要使用传统通信体制中的载波,而是通过发送和接收具有纳秒(nano second)或纳秒级以下的极窄脉冲来传输数据,从而具有GHz量级的频宽(Bandwidth)。[1]

目录

发展历史

UWB的历史可回溯至60年代,当时发展的主轴为研究微波网路在面对时域脉冲所产生的瞬间行为。在Harmuth、Ross、以及Robbins等研发先锋的努力下,UWB技术在70年代有重大的发展,其中大部份集中在雷达系统,包括穿地雷达系统。到80年代后期,该技术开始被称为无载波或脉冲无线电。美国国防部在1989年首次使用“超频宽”这个名词,在当时UWB的理论与技术已经发展将近30年之久。自从1994年开始,美国大部份的UWB研发工作都是在没有分类限制的状况下进行。这种情况大幅加快研发的速度,业界对其商业化发展的兴趣亦大幅提高。

其中有2项发展激发商业界对这项技术的兴趣,包括UWB系统可以与其它使用较高频谱密度的通讯系统并存,而且不会对其它系统产生干扰;另外FCC于 2002年2月14日发布的02-48号报告与规范,定义各项并存规则,其中包括针对各种类型的UWB装置制定电波发射限制。这套法律架构针对各种专利型 UWB装置立即开拓市场商机,长期而言,市场对标准型产品也有更强烈的兴趣。

由于UWB种类众多,因此潜在的用途也相当广泛。其中包括无线区域网路(WLAN)、个人区域网路(PAN)、短距离雷达(例如汽车感测器、防撞系统、智慧型高速公路感测系统、液态物体水位侦测系统)、穿地雷达、以及应用在医疗监视与运动员训练等领域的人体区域网路。[2]

工作原理

UWB技术最基本的工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲,超短时单周期脉冲决定了信号的带宽很宽,接收机直接用一级前端交叉相关器就把脉冲序列转换成基带信号,省去了传统通信设备中的中频级,极大地降低了设备复杂性。

UWB技术采用脉冲位置调制PPM单周期脉冲来携带信息和信道编码,一般工作脉宽0.1-1.5ns (1纳秒= 十亿分之一秒),重复周期在25-1000ns。

UWB具有强大的数据传输速率优势,同时受发射功率的限制,在短距离范围内提供高速无线数据传输将是UWB的重要应用领域。[1]

应用

 
UWB定位
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定位应用: UWB的定位原理和卫星导航定位原理很相似。如下图,天上的卫星坐标为已知,地上的接收设备同时接收到四个卫星信号就能确定自己的位置坐标(平面和高程坐标)。UWB的定位原理就是通过在室内布置4个已知坐标的定位基站,需要定位的人员或者设备携带定位标签,标签按照一定的频率发射脉冲,不断和四个已知位置的基站进行测距,通过一定的算法精确的计算定位标签的位置。

UWB定位的主要优势有,低功耗、对信道衰落(如多径、非视距等信道)不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强(能在穿透一堵砖墙的环境进行定位),具有很高的定位准确度和定位精度。 基于UWB的室内定位方案正在逐步渗透机场、展厅、 写字楼、仓库、地下停车、监狱、军事训练基地等需要使用准确的室内定位信息的应用。[1]


参考资料

  1. 1.0 1.1 1.2 什么是UWB?UWB有什么用?. 每日头条. 2018-03-05 (中文). 
  2. 超宽频技术的展望. 新通讯. 2004-05-27 (中文).