超宽带技术在短距离无线通信中的应用与发展

第９卷第４期　常州信息职业技’术学院学报　Ｖｌ０１．９Ｎｏ．４　２０１０年８月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｔｅｔｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｕｇ．２０１０　超宽带技术在短距离无线通信中的应用与发展　李军　（武汉职业技术学院电子信息工程学院湖北武汉４３００７４）　摘要：超宽带脉冲通信是一种与其它技术有很大不同的无线通信技术，具有通信容量大、抗多径干扰，结构简单和保密性好　等优点，通过对该技术在短距离无线通信中的最新应用总结，对其前景作出了展望。　关键词：超宽带技术；短距离；无线通信　中图分类号：ＴＮ　９２５　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７２－２４３４（２０１０）０４－００２０－０２　Ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ　Ｂａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｓｈｏｒｔ－－ｄｉｓｔａｎｃｅ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＬＩ　Ｊｕｎ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎ　融ｌ吕Ｗｕｈａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｗｕｈａｎ　４３００７４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｈｌｈ．ｃｔ：ＵＷＢ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｏｎｅ　ｋｉｎｄ　ｏｆｐｕｌｓｅ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｑｕｉｔｅ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｆｒｏｍ　ｏｔｈｅｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｅｈ－　ｎｏｌｏ￣：，ｗｉｔｈ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆｌａｒｇｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　ｍｕｌｔｉｐａｔｈ　ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｓｉｍｐｌｅ　ｍａｄ　ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌｉｔｙ．Ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｕｎ＇ｌｌｌ￣ｒｙ　ｏｆｔｈｅ　ｌａｔｅｓｔ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｒｔ—ｒａｎｇｅ　ｗｉｒｅｌｓｅｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏ￣，，ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｍａｋｅｓ　ｉｔｓ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｗ彻－：ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ　ｂａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｓｈｏｒｔ—ｄｉｓｔａｎｃｅ；ｗｉｒｅｌｓｅｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　超宽带技术是在所有传输时间上其带宽必须大　于５００　ＭＨｚ或者其相对带宽大于２０％，即它不是　１　ＵＷＢ的技术特点　采用载波，而是采用纳秒至微微秒级的非正弦波窄　由于ＵＷＢ独特的时域和频域特性，使得它具　脉冲传输数据，其所占的频谱范围很宽＿】Ｊ。　有以下的特点¨　：　从时域上讲，传统的通信系统是通过发送射频　①系统结构的实现简单：超宽带传输无需载　载波进行信号调制，而超宽带技术是利用起、落点的　波，其发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要功放　时域脉冲（几十纳秒）直接实现调制。低占空比确　与混频器；同时在接收端，也不需要中频处理。使　保了超宽带通信系统的平均发射功率在微瓦数量　得超宽带收发信机的结构大大简化，并且建造起来　级，比蜂窝电话的发射功率小了近千倍，同时直接转　更为廉价。　化为手持设备较长的电池寿命。　②共享频谱的能力：美国联邦通信委员会将超　从频域来看，超宽带技术的相对带宽（信号带　宽带系统所要求的７５　ｎＷ／ＭＨｚ归人非蓄意辐射体　宽与中心频率之比）更宽，有别于传统的窄带和宽　范畴，使得超宽带系统存在于典型的窄带接收机的　带。窄带是指相对带宽小于１％，相对带宽在１％到　噪声底限之下，并且使得超宽带信号以最小或者没　２５％之间的被称为宽带，相对带宽大于２５％而且中　有干扰的方式与当前无线业务共存。为几近枯竭的　心频率大于５００　ＭＨｚ的被称为超宽带。　无线频谱资源提供了一种极有前途的解决方案。　收稿日期：２０１０－０５．Ｉ１　作者简介：李军（１９７６・），男，讲师，硕士，从事研究方向：ＧＰＳ技术　第９卷第４期　李军：超宽带技术在短距离无线通信中的应用与发展　２１　③系统容量大，传输速率高：根据经过修改的　信道容量公式，其传输速率可达５００　Ｍｂｉｔ／ｓ，使得超　宽带系统成为短距离、高数据速率的无线应用的最　佳候选方案，是实现个人通信和无线局域网的一种　理想调制技术。　④安全性高：由于超宽带信号一般把信号能量　弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，超宽带　信号频谱如同噪声，具有很好的隐蔽性，不容易被截　获，保密性好。　⑤抗多径衰落能力强：超宽带信号极短的持续　期使得它们对信道多径衰落不敏感，特别适合使用　在室内等多径密集的场合。大量的实验表明，对常　规无线电信号多径衰落深达ｌ０～３０　ｄＢ的多径环　境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到５　ｄＢ，具　有优良的抗多径衰落性能。　⑥穿透特性超强：在范围宽广的超宽带频谱中　所包含的低频成分为长波，它使得超宽带信号能够　穿透多种材料，包括墙。　２超宽带技术与其他短距离无线通信　技术的比较　短距离无线通信通常指的是１００　Ｉｎ以内的通　信，分为高速短距离无线通信和低速短距离无线通　信两类。高速短距离无线通信最高数据速率大于　１０　Ｍｂｉｔ／ｓ，通信距离小于１０　１１３．，典型技术有高速　ＵＷＢ；低速短距离无线通信的最低数据速率小于　１　Ｍｂｉｔ／ｓ，通信距离大于１０　ｍ。典型技术有蓝牙和　Ｗｉ—Ｆｉ。　从表１中对比可以看出：这些流行的短距离无　线通信标准具有相应的优缺点，各类技术之间存在　着相互竞争与互补。　表１几种短距离无线通信比较　…终端类型型　脑、掌上电脑、因电话、掌上电脑、、　　一、．：二：：二…。　特网网关　移动设备　………　…。　３　超宽带技术在短距离无线通信中的　应用　ＵＷＢ技术具有系统结构简单、发射信号功率　低、抗多径衰落能力强、安全性高、穿透特性强等优　点，尤其适用于在室内等密集多径场所建立一个高　效的无线个域网（ＷＰＡＮ）　Ｊ。目前全球各大通信　运营商和电子产品生产厂商已经推出各自的基于　ＵＷＢ的ＷＰＡＮ设备，其应用与发展主要表现在以　下两个方面：　１）在高速ＷＰＡＮ中的应用。高速ＷＰＡＮ的　主要目标是解决个人空间内各种办公设备及消费类　电子产品之问的无线连接，以实现信息的高速交换、　处理、存储等，其应用场合包括办公室、家庭等。个　人空间内的设备类型按其功能大体可分为两大类：　消费电子产品、个人电脑及其外围设备。这些设备　之间互连都采用ＵＳＢ　２．０或ＩＥＥＥ　１３９４标准，但同　时也被这些有线传输的线缆所束缚。超宽带技术具　有让消费电子产品、个人电脑和外部设备无线化的　潜力，并在将来统一这些个人电脑与消费电子产品　甚至实现整个移动通信工业产品之间的互联。下面　给出几个应用实例：　①消费电子产品应用：随着技术的不断进步，　消费电子产品逐步向数字化、智能化、网络化的方向　发展。利用ＵＷＢ技术具有Ｉ１０　Ｍｂｉｔ／ｓ的数据传输　速率以及１０　ｍ的传输距离，为消费电子产品提供高　速无线连接，无需使用电缆等传输线建立家庭多媒　体网络系统。例如：实现在住宅的几乎所有空间内　从机顶盒向电视显示器无线传输高分辨率视频流的　功能。使消费者无需为每台电视都添置新的机顶　盒，即可让家中的多台电视都接收到高清节目的数　据来源。　②电脑外围设备应用：借助超宽带技术，计算　机用户无需通过错综复杂的线路来连接电脑主机、　显示器、键盘、鼠标、扬声器、打印机、扫描仪、电视等　设备。甚至没有必要将这些设备都放置在同一个桌　面或房间内，每种设备可以被自由地移动位置。这　类应用一般只需要支持２—４　ｒｎ的传输距离，但速率　要求可以从几万比特每秒至几百兆比特每秒。　２）在低速ＷＰＡＮ中的应用。低速ＷＰＡＮ与　电信网络相结合的应用主要在信息服务、移动支付、　远程监控、以及某些Ｐ２Ｐ应用等等，这些应用归纳　到无线传感器网络的范畴。无线传感器网络是由部　（下转第２４页）　常州信息职业技术学院学报　２０１０年８月　３　结束语　通过对单相半波整流电容滤波电路中二极管电　流进行分析，在一个周期正弦交流作用下，每一个时　刻的导通角、导电角、截止角之间的关系详细取点计　算，得到如图３（ｂ）所示波形，并在仿真软件上验证，　结果与理论值相吻合。桥式整流电容滤波电路中二　极管电流与上述分析结果相似，只是二极管导通时　间更短。　参考文献：　图５　Ｃ　ｌＯ　、ＲＬ＝１　ｋｆｌ时二极管电流　的波形　［１］康华光．电子技术基础［Ｍ］．北京：高等教育出版社，　２００２．　［２］魏秉国，梁成生　模拟电子技术与应用［Ｍ］．北京：国　防工业出版社，２００８．　［３］蒋卓勤，邓玉元．ＭｕｋＭｍ　２００１及其在电子设计中的　应用［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００３．　［４］　麻又学．全波整流电容滤波电路输出电压波形与电压　平均值公式的讨论［Ｊ］．肇庆学院学报，２００４（２）．　［５］周雪．模拟电子技术［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出　版社，２００５．　［６］　钟化兰．ＭｕＮｓｉｍ在模拟电子技术设计性实验中应用　的研究［Ｊ］．华东交通大学学报，２００５（２）．　［７］　卢艳红．用ＭｕＲ￣ｉｍ　２００２软件进行电路设计与仿真　图６　Ｃ＝２０　、Ｒ　：２　ｋｎ时二极管电流　的波形　［Ｊ］冲南工业大学学报：自然科学版，２００３（ｚ１）．　（上接第２ｌ页）　署在监测区域内几十到上百个廉价微型传感器节点　动设备间的通信交互和多媒体信息数据交换，加快　组成的、采用无线通信方式、动态组网的多跳的移动　消费电子、个人电脑和移动通信行业的融合。开发　性对等网络，通过动态路由和移动管理技术传输具　出更多的业务和应用场景以满足用户不同的需求，　有服务质量要求的多媒体信息流。其网络拓扑具有　为人们提供生活工作中更多的方便。　随机变化的特点，节点信息往往需要通过中间节点　进行多次转发才能到达目的节点。若将各节点的地　参考文献：　理位置信息作为路由计算的辅助信息，将很大程度　［１］法拉纳克・尼库加，任品毅．超宽带通信原理及应用　上简化路由算法，降低能量消耗。因此，在无线传感　［Ｍ］．西安：西安交通大学出版社，２００７：１－６．　器网络中采用超宽带技术作为无线连接手段，可以　［２］Ｒａｓｈｉｄ　Ｓａｅｅｄ，Ｓａｂｋａ　Ｋｈａｔｕｎ，ｅｔｃ．Ｕｋｒａ　Ｗｉｄｅ　Ｂａｎｄ　提供高精度测距和定位业务（精度１　ｍ以内），以及　（ＵＷＢ）Ａｄ—ｈｏｃ　Ｎｅｔｗｏｒｋｓ：Ｒｅｖｉｅｗ　ａｎｄ　Ｔｒｅｎｄｓ［Ｊ］．　实现更长的作用距离和超低耗电量，可用于车载防　Ｊｏｕｍｆｌ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃ￣，２００５（１）：３５－３９．　撞雷达、远程传感器网络、家庭智能控制系统等很多　［３］　张卓．ＵＷＢ超宽带无线通信调制技术的研究［Ｄ］．重　庆：重庆邮电大学，２００７．　领域。　［４］　哈峰．ＵＷＢ超宽带技术的发展与应用［Ｊ］．无线通信，　４结束语　２００８（４）：３４—３７．　［５］　高晖，孙即涛．超宽带技术及其在无线个域网中的应　在无线局域网相关技术的辅助和ＷＰＡＮ协议　用［Ｊ］．中国新通信：技术版，２ｏ０８（２）：２７－２８．　标准不断完善下，超宽带技术必将真正实现不同移