UWB超寬帶傳輸技術(shù)及其應用

　　三、UWB的技術(shù)優(yōu)勢及不足

　　1.技術(shù)優(yōu)勢

　?。?）傳輸速率高理論上，一個(gè)寬度趨于0的脈沖具有無(wú)限的帶寬，因此，UWB即使把發(fā)送信號功率譜密度控制得很低，仍可實(shí)現高達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。如果一個(gè)脈沖代表一個(gè)數位，那么，理論上UWB可達1 Gbit/s的速率，這樣在實(shí)際中實(shí)現100Mbit/s以上的速率是完全可能的。

　?。?）發(fā)射功率低，功耗小因為不使用載波，UWB僅在發(fā)射窄脈沖時(shí)消耗少量能量。從而省略了發(fā)射連續載波的大量功耗。這使得UWB在通過(guò)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(guò)去任何一項傳輸技術(shù)的功耗和帶寬成正比的定律。在短距離應用中，UWB發(fā)射機的發(fā)射功率通常低于1mw （這也是FCC為了避免對其它設備造成干擾而對UWB做出的技術(shù)指標要求）。雖然現在實(shí)際上使用芯片實(shí)現后的整體電路能耗在300mw左右，但隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟和進(jìn)步，這項指標隨之會(huì )降下來(lái)。

　?。?）UWB通信的保密性強 UWB系統的發(fā)射功率譜密度非常低，有用信息完全淹沒(méi)在噪聲中，被截獲概率很小，被檢測的概率也很低，這一點(diǎn)在軍事通信上有很大的應用前景。

　?。?）UWB通信采用調時(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)信號幅度隨機變化，而UWB系統每次的脈沖發(fā)射時(shí)間很短，在反射波到達之前，直射波的發(fā)射和接收已經(jīng)完成。因此，UWB系統特點(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(chēng)為是無(wú)載波的基帶通信，UWB通信系統幾乎實(shí)現了全數字化，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統的復雜性，降低成本?？梢哉f(shuō)，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(wú)線(xiàn)通信方式[4]。

　　2.不足之處

　　當然，UWB通信也存在不足，主要問(wèn)題是UWB系統占用的帶寬很高，UWB系統可能會(huì )干擾現有其他無(wú)線(xiàn)通信系統，因此，UWB系統的頻率許可問(wèn)題一直在爭論之中；另外，還有學(xué)者認為，盡管UWB系統發(fā)射的平均功率很低，但是，由于其脈沖持續時(shí)間很短，瞬時(shí)功率峰值可能會(huì )很大，這甚至會(huì )影響到民航等許多系統的正常工作。盡管如此，學(xué)術(shù)界的種種爭論并不影響UWB的開(kāi)發(fā)和應用。2002年2月美國通信協(xié)會(huì )（FCC）批準了UWB用于短距離無(wú)線(xiàn)通信的申請 [3]。

　　四、與其他技術(shù)的比較

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

                                           表1　UWB與其它短距離無(wú)線(xiàn)通信的比較

　　五、應用

　　1.UWB在家庭中的應用

　　雖然無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)和公共場(chǎng)所得到推廣和應用，但是這些現有技術(shù)很難為家庭多媒體網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)互連提供一個(gè)合適的方案。按照傳統的無(wú)線(xiàn)電設計方法，如果要提高通信速率，必須要提高數字信號處理器的處理速度，這勢必要增加系統的成本和功耗，高速率的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品往往也是高成本、大功耗的。然而，家庭無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)有一些特殊的要求。首先，為了滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)數字視頻的要求，家庭無(wú)線(xiàn)互連產(chǎn)品需要更高的通信速率，以無(wú)線(xiàn)高清晰數字電視（WHDTV）為例，如果采用MPFG2HD數據格式，則視頻數據流的速率高達25 Mbit/s；其次，讓家庭無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品走向千家萬(wàn)戶(hù)，系統成本必須很低。市場(chǎng)調查表明，如果無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的價(jià)格比同類(lèi)有線(xiàn)產(chǎn)品的價(jià)格高出30%，將很難被眾多的消費者所接受。其次，家庭無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)品中用到的嵌入式網(wǎng)關(guān)和小型手持設備往往是電池供電，因此，降低功耗就是一個(gè)突出的問(wèn)題。即家庭無(wú)線(xiàn)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)。傳統的無(wú)線(xiàn)電設計方案無(wú)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(lèi)家庭消費電子的應用。一類(lèi)是房間內應用，例如機頂盒和DVD播放機到數字電視的無(wú)線(xiàn)連接，這一類(lèi)應用需要至少20～28Mbit/s的傳輸速率，如要實(shí)現畫(huà)中畫(huà)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)現多個(gè)通道的傳輸[5]。另一類(lèi)是桌面的應用，如PDA、手機和數碼相機與PC機的同步，PC機實(shí)現視頻編輯等。這一類(lèi)應用一般只需要支持2～4m的傳輸距離，但對傳輸速率的要求非 常高，有時(shí)需要高至480Mbit/s的傳輸速率。