超宽带通信技术及其应用

高系统性能。假设某UWB通信系统有个用户,其发射信号分别为某接收机接收到的信号为,如果想得到第一个用户发送的数据,那么其Rake接收机的实现框图如图4所示。

图4 UWB信号的Rake接收机原理

3 UWB与其他几种无线个人局域网技术的比较
　　由于UWB技术的种种优点,使其成为无线个人局域网络WPAN(Wireless Personal Area Network)的主要技术之一。WPAN的目标是用无线电或红外线代替传统的有线电缆,以低价格和低功耗在10m范围内实现个人信息终端的智能化互联,组建个人化信息网络。其最普遍的应用是连接电脑、打印机、无绳电话、PDA以及信息家电等设备。目前实现WPAN的主要技术有:IEEE802.11b(Wi-Fi)、Home RF、IrDA、蓝牙(Bluetooth)以及超宽带等五种。
　　从图5可以看出UWB技术的优势较为明显,主要不足是发射功率过小限制了其传输距离(如图6所示)。也就是说,10m以内,UWB可以发挥出高达数百Mbps的传输性能,对于远距离应用IEEE802.11b或Home RF无线PAN的性能将强于UWB。UWB和同为热门的IEEE802.11b以及Home RF不会进行直接竞争,因为UWB更多地是应用于10m左右距离的室内。事实上,把UWB看作蓝牙技术的替代者可能更为适合,因后者传输速率远不及前者,另外蓝牙技术的协议也较为复杂。

图5 UWB与蓝牙、IEEE 802.11空间容量



图6 FCC对UWB功率谱密度的规定

4 国内外研究及发展情况
4.1 国外研究现状
　　军用方面:早在1965年,美国就确立了UWB的技术基础。在后来的二十年内,UWB技术主要用于美国的军事应用,其研究机构仅限于与军事相关联的企业以及研究机关、团体。目前,美国国防部正开发几十种UWB系统,包括战场防窃听网络等。
　　民用方面:由于超宽带技术的种种优点使其在无线通信方面具有很大的潜力,近几年来国外对UWB信号应用的研究比较热门,主要用于通信(如家庭和个人网络,公路信息服务系统和无线音频、数据和视频分发等)、雷达(如车辆及航空器碰撞/故障避免,入侵检测和探地雷达等)以及精确定位(如资产跟踪、人员定位等)。索尼、时域、摩托罗拉、英特尔、戴姆勒－克莱斯勒等高技术公司都已涉足UWB技术的开发,将各种消费类电子设备以很高的数据传输率相连,以满足消费者对短距离无线通信小型化、低成本、低功率、高速数据传输等要求。
　　国际学术界对超宽带无线通信的研究也越来越深入。2002年5月20～23日,IEEE举办了一期会议,专门讨论UWB技术及其应用。2002年2月14日,美国联邦通信委员会(FCC)正式通过了将UWB技术应用于民用的议案,定义了三种UWB系统:成像系统、通信与测量系统、车载雷达系统,并对三种系统的EIRP(全向有效辐射功率)分别做了规定。但是,UWB技术的协议与标准尚未确定,目前,只有美国允许民用UWB器件的使用;而欧洲正在讨论UWB的进一步使用情况,并观望美国的UWB标准。
4.2 国内研究现状
　　2001年9月初发布的"十五"863计划通信技术主题研究项目中,把超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容,鼓励国内学者加强这方面的研发工作。但是国内目前关于UWB技术的深入研究仅限于雷达方面,关于UWB通信系统的研究还没有形成规模。
参考文献
1 M. Z. Win, R.A. Scholtz. Impulse Radio: How it Works. IEEE Communications Letters, Feb. 1998
2 R. A. Scholtz. Multiple Access With Time-hopping Impulse Modulation. in Proc. MILCOM, Oct. 1993: 447～450
3 Win, M.Z., Scholtz, R.A. Ultra-wide Bandwidth Time-hop-ping Spread-spectrum Impulse Radio for Wireless Multiple-access Communications. IEEE. Transactions on Communica-tions. Volume: 48 Issue: 4, April 2000:679～689
4 Dr. Robert J. Fontana. Ultra Wideband Technology-The Wave of the Future?
5 P. II Withington and L. W. Fullerton. An Impulse Radio Communication System. In Proceedings of the International Conference on Ultra-Wide band,Short-Pulse Electromagnetics,NY, USA, Oct. 1992:113～120