UWB超寬帶傳輸技術(shù)及其應(yīng)用

　　三、UWB的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及不足

　　1.技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　?。?）傳輸速率高理論上，一個(gè)寬度趨于0的脈沖具有無限的帶寬，因此，UWB即使把發(fā)送信號(hào)功率譜密度控制得很低，仍可實(shí)現(xiàn)高達(dá)100Mbit/s -500Mbit/s的傳輸速率。在民用方面，UWB脈沖寬度一般為納秒級(jí)。如果一個(gè)脈沖代表一個(gè)數(shù)位，那么，理論上UWB可達(dá)1 Gbit/s的速率，這樣在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)100Mbit/s以上的速率是完全可能的。

　?。?）發(fā)射功率低，功耗小因?yàn)椴皇褂幂d波，UWB僅在發(fā)射窄脈沖時(shí)消耗少量能量。從而省略了發(fā)射連續(xù)載波的大量功耗。這使得UWB在通過縮小脈沖寬度的同時(shí)提高帶寬。并且不增加功耗。這就打破了過去任何一項(xiàng)傳輸技術(shù)的功耗和帶寬成正比的定律。在短距離應(yīng)用中，UWB發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率通常低于1mw （這也是FCC為了避免對(duì)其它設(shè)備造成干擾而對(duì)UWB做出的技術(shù)指標(biāo)要求）。雖然現(xiàn)在實(shí)際上使用芯片實(shí)現(xiàn)后的整體電路能耗在300mw左右，但隨著技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，這項(xiàng)指標(biāo)隨之會(huì)降下來。

　　（3）UWB通信的保密性強(qiáng) 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(cè)的概率也很低，這一點(diǎn)在軍事通信上有很大的應(yīng)用前景。

　?。?）UWB通信采用調(diào)時(shí)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(diǎn)信號(hào)幅度隨機(jī)變化，而UWB系統(tǒng)每次的脈沖發(fā)射時(shí)間很短，在反射波到達(dá)之前，直射波的發(fā)射和接收已經(jīng)完成。因此，UWB系統(tǒng)特點(diǎn)適合于高速移動(dòng)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)幾乎實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低成本。可以說，低成本、低功耗、高速率、簡(jiǎn)單有效的UWB通信正是人們所期望的理想無線通信方式[4]。

　　2.不足之處

　　當(dāng)然，UWB通信也存在不足，主要問題是UWB系統(tǒng)占用的帶寬很高，UWB系統(tǒng)可能會(huì)干擾現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)，因此，UWB系統(tǒng)的頻率許可問題一直在爭(zhēng)論之中；另外，還有學(xué)者認(rèn)為，盡管UWB系統(tǒng)發(fā)射的平均功率很低，但是，由于其脈沖持續(xù)時(shí)間很短，瞬時(shí)功率峰值可能會(huì)很大，這甚至?xí)绊懙矫窈降仍S多系統(tǒng)的正常工作。盡管如此，學(xué)術(shù)界的種種爭(zhēng)論并不影響UWB的開發(fā)和應(yīng)用。2002年2月美國(guó)通信協(xié)會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了UWB用于短距離無線通信的申請(qǐng) [3]。

　　四、與其他技術(shù)的比較

　　表1給出UWB與其他短距離無線通信的簡(jiǎn)單比較。從表中可見，除了在通信距離上UWB比其他三種短距離無線通信方式受限外，在傳輸速率、發(fā)射功率、空間容量、應(yīng)用范圍等方面，UWB都占有較大優(yōu)勢(shì)。

                                           表1　UWB與其它短距離無線通信的比較

　　五、應(yīng)用

　　1.UWB在家庭中的應(yīng)用

　　雖然無線通信網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)和公共場(chǎng)所得到推廣和應(yīng)用，但是這些現(xiàn)有技術(shù)很難為家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)的無線互連提供一個(gè)合適的方案。按照傳統(tǒng)的無線電設(shè)計(jì)方法，如果要提高通信速率，必須要提高數(shù)字信號(hào)處理器的處理速度，這勢(shì)必要增加系統(tǒng)的成本和功耗，高速率的無線產(chǎn)品往往也是高成本、大功耗的。然而，家庭無線通信網(wǎng)有一些特殊的要求。首先，為了滿足無線數(shù)字視頻的要求，家庭無線互連產(chǎn)品需要更高的通信速率，以無線高清晰數(shù)字電視（WHDTV）為例，如果采用MPFG2HD數(shù)據(jù)格式，則視頻數(shù)據(jù)流的速率高達(dá)25 Mbit/s；其次，讓家庭無線通信產(chǎn)品走向千家萬戶，系統(tǒng)成本必須很低。市場(chǎng)調(diào)查表明，如果無線產(chǎn)品的價(jià)格比同類有線產(chǎn)品的價(jià)格高出30%，將很難被眾多的消費(fèi)者所接受。其次，家庭無線通信產(chǎn)品中用到的嵌入式網(wǎng)關(guān)和小型手持設(shè)備往往是電池供電，因此，降低功耗就是一個(gè)突出的問題。即家庭無線通信產(chǎn)品必須具備高速率、低成本和低功耗三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的無線電設(shè)計(jì)方案無法在速率、成本和功耗這三者之間找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)。 UWB適用于兩類家庭消費(fèi)電子的應(yīng)用。一類是房間內(nèi)應(yīng)用，例如機(jī)頂盒和DVD播放機(jī)到數(shù)字電視的無線連接，這一類應(yīng)用需要至少20～28Mbit/s的傳輸速率，如要實(shí)現(xiàn)畫中畫功能則需要56Mbit/s的傳輸速率，另外，還需要7～10米的距離實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道的傳輸[5]。另一類是桌面的應(yīng)用，如PDA、手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)與PC機(jī)的同步，PC機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻編輯等。這一類應(yīng)用一般只需要支持2～4m的傳輸距離，但對(duì)傳輸速率的要求非 常高，有時(shí)需要高至480Mbit/s的傳輸速率。