今天，四相科技小編為大家講講10厘米級(jí)別的精準(zhǔn)定位技術(shù)——UWB技術(shù)的幾大特點(diǎn)。
技術(shù)特點(diǎn)剖析
由于UWB技術(shù)具有傳輸速率高(1Gbit/s)、抗多徑能力強(qiáng)、功耗低、成本低、穿透能力強(qiáng)、低截獲概率、與現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)共享頻譜等特點(diǎn),已經(jīng)成為無線個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)的首選技術(shù).
● 傳輸速率高
UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸,并且它不單獨(dú)占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源,而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶.在軍事應(yīng)用中,可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳輸.UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit/s、幾百M(fèi)bit/s,甚至1Gbit/s,高于藍(lán)牙100倍,高于IEEE802.11a和IEEE802.11b.
● 多徑分辨能力強(qiáng)
由于常規(guī)無線通信的射頻信號(hào)大多為連續(xù)信號(hào)或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于多徑傳播時(shí)間, 多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率.而超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低,多徑信號(hào)在時(shí)間上是可分離的.假如多徑脈沖要在時(shí)間上發(fā)生交疊,其多徑傳輸路徑長度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積.由于脈沖多徑信號(hào)在時(shí)間上不重疊,很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號(hào)的能量.大量的實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)常規(guī)無線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10 dB ~ 30 dB 的多徑環(huán)境, 對(duì)超寬帶無線電信號(hào)的衰落最多不到5 dB.
● 抗干擾性能強(qiáng)
UWB采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào),系統(tǒng)具有較大的處理增益.它在發(fā)射時(shí)將微弱的無線電脈沖信號(hào)分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲.接收時(shí)將信號(hào)能量還原出來,在解擴(kuò)過程中產(chǎn)生擴(kuò)頻增益.因此,UWB與IEEE802.11a、IEEE802.11b和藍(lán)牙相比,在同等碼速條件下,具有更強(qiáng)的抗干擾性.
● 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單
當(dāng)前的無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波,載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化,從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息.而UWB則不使用載波,它通過發(fā)送納秒級(jí)脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號(hào).UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵(lì)天線,不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻,從而不需要功率放大器與混頻器,因此,UWB允許采用非常低廉的寬帶發(fā)射器.同時(shí)在接收端,UWB接收機(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī),不需要中頻處理,因此,UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單.
● 帶寬高
UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達(dá)幾個(gè)GHz.超寬帶系統(tǒng)容量大,并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時(shí)工作.這在頻率資源日益緊張的今天,開辟了一種新的時(shí)域無線電資源.
● 功耗低
UWB 系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù),脈沖持續(xù)時(shí)間很短,一般在0.20ns~1.5ns 之間.UWB有很低的占空因數(shù),系統(tǒng)耗電可以做到很低,在高速通信時(shí)系統(tǒng)的耗電量僅為幾百微瓦~幾十毫瓦.民用的UWB 設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動(dòng)電話所需功率的1/ 100 左右,是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/ 20 左右;軍用的UWB 電臺(tái)耗電也很低.因此,UWB 設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上,相對(duì)于傳統(tǒng)無線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性.
通常情況下,無線通信系統(tǒng)在通信時(shí)需要連續(xù)發(fā)射載波,因此要消耗一定電能.而UWB不使用載波,只是發(fā)出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發(fā)送出去,并且在需要時(shí)才發(fā)送脈沖電波,所以消耗電能小.低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時(shí)間,而且,發(fā)射功率小,其電磁波輻射對(duì)人體的影響也會(huì)很小,應(yīng)用面就廣.
● 定位精確
沖激脈沖具有很高的定位精度.采用超寬帶無線電通信,很容易將定位與通信合一,而常規(guī)無線電難以做到這一點(diǎn).超寬帶無線電具有極強(qiáng)的穿透能力,可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位,而GPS 定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi); 與GPS 提供絕對(duì)地理位置不同,超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置, 其定位精度可達(dá)厘米級(jí).此外,超寬帶無線電定位器更為便宜.
● 保密性好
UWB的保密性表現(xiàn)在兩方面:一方面是它采用跳時(shí)擴(kuò)頻,接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低,用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收.
● 工程簡單造價(jià)便宜
在工程實(shí)現(xiàn)上,UWB比其他無線技術(shù)要簡單得多,可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn).它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖,并對(duì)脈沖產(chǎn)生調(diào)制,而這些電路都可以被集成到一個(gè)芯片上,設(shè)備的成本很低.
我國同先進(jìn)國家相比較,在無線通信領(lǐng)域仍處于待開發(fā)狀態(tài),通過UWB技術(shù)的研究,可以充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢,研究將會(huì)更有方向性和針對(duì)性.開發(fā)UWB研究對(duì)我國在該研究領(lǐng)域擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和相關(guān)產(chǎn)品、建立新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn),具有重大意義.
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