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)送信號功率譜密度控制得很低，仍可實現(xiàn)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。如果一個脈沖代表一個數(shù)位，那么，理論上UWB可達1 Gbit/s的速率，這樣在實際中實現(xiàn)100Mbit/s以上的速率是完全可能的。

　　（2）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提高帶寬。并且不增加功耗。這就打破了過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(xiàn)在實際上使用芯片實現(xiàn)后的整體電路能耗在300mw左右，但隨著技術(shù)的不斷成熟和進步，這項指標隨之會降下來。

　　（3）UWB通信的保密性強 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，被檢測的概率也很低，這一點在軍事通信上有很大的應用前景。

　?。?）UWB通信采用調(diào)時序列，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信號幅度隨機變化，而UWB系統(tǒng)每次的脈沖發(fā)射時間很短，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(tǒng)特點適合于高速移動環(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)的復雜性，降低成本?？梢哉f，低成本、低功耗、高速率、簡單有效的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論之中；另外，還有學者認為，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)時間很短，瞬時功率峰值可能會很大，這甚至會影響到民航等許多系統(tǒng)的正常工作。盡管如此，學術(shù)界的種種爭論并不影響UWB的開發(fā)和應用。2002年2月美國通信協(xié)會（FCC）批準了UWB用于短距離無線通信的申請 [3]。

　　四、與其他技術(shù)的比較

　　表1給出UWB與其他短距離無線通信的簡單比較。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與其它短距離無線通信的比較

　　五、應用

　　1.UWB在家庭中的應用

　　雖然無線通信網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)和公共場所得到推廣和應用，但是這些現(xiàn)有技術(shù)很難為家庭多媒體網(wǎng)絡的無線互連提供一個合適的方案。按照傳統(tǒng)的無線電設計方法，如果要提高通信速率，必須要提高數(shù)字信號處理器的處理速度，這勢必要增加系統(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。市場調(diào)查表明，如果無線產(chǎn)品的價格比同類有線產(chǎn)品的價格高出30%，將很難被眾多的消費者所接受。其次，家庭無線通信產(chǎn)品中用到的嵌入式網(wǎng)關(guān)和小型手持設備往往是電池供電，因此，降低功耗就是一個突出的問題。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優(yōu)點。傳統(tǒng)的無線電設計方案無法在速率、成本和功耗這三者之間找到一個合適的平衡點。 UWB適用于兩類家庭消費電子的應用。一類是房間內(nèi)應用，例如機頂盒和DVD播放機到數(shù)字電視的無線連接，這一類應用需要至少20～28Mbit/s的傳輸速率，如要實現(xiàn)畫中畫功能則需要56Mbit/s的傳輸速率，另外，還需要7～10米的距離實現(xiàn)多個通道的傳輸[5]。另一類是桌面的應用，如PDA、手機和數(shù)碼相機與PC機的同步，PC機實現(xiàn)視頻編輯等。這一類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，有時需要高至480Mbit/s的傳輸速率。