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10厘米级别的精准定位技术——UWB技术的几大特点

发布日期:2021-09-01 浏览次数:84

    今天,四相科技小编为大家讲讲10厘米级别的精准定位技术——UWB技术的几大特点。

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    技术特点剖析

    由于UWB技术具有传输速率高(1Gbit/s)、抗多径能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点,已经成为无线个人域网(WPAN)的首选技术.

    ● 传输速率高

    UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输,并且它不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源,而是共享其他无线技术使用的频带.在军事应用中,可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输.UWB的数据速率可以达到几十Mbit/s、几百Mbit/s,甚至1Gbit/s,高于蓝牙100倍,高于IEEE802.11a和IEEE802.11b.

    ● 多径分辨能力强

    由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间, 多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率.而超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低,多径信号在时间上是可分离的.假如多径脉冲要在时间上发生交叠,其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积.由于脉冲多径信号在时间上不重叠,很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量.大量的实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10 dB ~ 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.

    ● 抗干扰性能强

    UWB采用跳时扩频信号,系统具有较大的处理增益.它在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中,输出功率甚至低于普通设备产生的噪声.接收时将信号能量还原出来,在解扩过程中产生扩频增益.因此,UWB与IEEE802.11a、IEEE802.11b和蓝牙相比,在同等码速条件下,具有更强的抗干扰性.

    ● 系统结构比较简单

    当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波,载波的频率和功率在一定范围内变化,从而利用载波的状态变化来传输信息.而UWB则不使用载波,它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号.UWB发射器直接用脉冲小型激励天线,不需要传统收发器所需要的上变频,从而不需要功率放大器与混频器,因此,UWB允许采用非常低廉的宽带发射器.同时在接收端,UWB接收机也有别于传统的接收机,不需要中频处理,因此,UWB系统结构的实现比较简单.

    ● 带宽高

    UWB使用的带宽在1GHz以上,高达几个GHz.超宽带系统容量大,并且可以和目前的窄带通信系统同时工作.这在频率资源日益紧张的今天,开辟了一种新的时域无线电资源.

    ● 功耗低

    UWB 系统使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0.20ns~1.5ns 之间.UWB有很低的占空因数,系统耗电可以做到很低,在高速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦~几十毫瓦.民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右,是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右;军用的UWB 电台耗电也很低.因此,UWB 设备在电池寿命和电磁辐射上,相对于传统无线设备有着很大的优越性.

    通常情况下,无线通信系统在通信时需要连续发射载波,因此要消耗一定电能.而UWB不使用载波,只是发出瞬间脉冲电波,也就是直接按0和1发送出去,并且在需要时才发送脉冲电波,所以消耗电能小.低发射功率大大延长了系统电源工作时间,而且,发射功率小,其电磁波辐射对人体的影响也会很小,应用面就广.

    ● 定位精确

    冲激脉冲具有很高的定位精度.采用超宽带无线电通信,很容易将定位与通信合一,而常规无线电难以做到这一点.超宽带无线电具有极强的穿透能力,可在室内和地下进行精确定位,而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内; 与GPS 提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置, 其定位精度可达厘米级.此外,超宽带无线电定位器更为便宜.

    ● 保密性好

    UWB的保密性表现在两方面:一方面是它采用跳时扩频,接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据;另一方面是系统的发射功率谱密度极低,用传统的接收机无法接收.

    ● 工程简单造价便宜

    在工程实现上,UWB比其他无线技术要简单得多,可全数字化实现.它只需要以一种数学方式产生脉冲,并对脉冲产生调制,而这些电路都可以被集成到一个芯片上,设备的成本很低.

    我国同先进国家相比较,在无线通信领域仍处于待开发状态,通过UWB技术的研究,可以充分发挥后发优势,研究将会更有方向性和针对性.开发UWB研究对我国在该研究领域拥有自主知识产权和相关产品、建立新的经济增长点,具有重大意义.