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成本功耗问题UWB可以解决-UWB技术在10cm高精度定的发展趋势-uwb室内定位系统「四相科技」

发布日期:2021-10-25 浏览次数:53

UWB通过发射非常短的时间脉冲来传送数据,这使得它具有功率低、传输速率高、系统容量大、不易产生干扰、隐蔽性好、精确定位、设备简单、成本低等优点。不足之处是,由于UWB使用很宽的带宽与很多其他的无线通信系统频段重叠,虽然理论上系统的发射功率很低,不会产生严重的干扰,但是,在实际应用中还需要验证系统的兼容性问题。

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  产生脉冲宽度为纳秒级的信号源是UWB技术的前提条件,目前产生窄脉冲信号有两类方法:光电法和电子法。光电法的基本原理是利用光导开关的瞬间导通特性来获得具有陡峭上升沿的脉冲信号。由于作为激发源的激光脉冲信号可以有很陡的前沿,所以得到的脉冲宽度可达到皮秒量级。电子法则利用了微波双极性晶体管雪崩特性,使晶体管在雪崩导通瞬间电流迅速增长,从而获得具有陡峭前沿的波形,成形后得到极短脉冲。实际UWB通信中脉冲多采用单周期高斯函数,典型单周期高斯函数的宽度在0.1~1.5 ns,重复周期为25~1000 ns,具有很宽的频谱。实际通信时还要利用数据信息和伪随机码对窄脉冲序列进行编码调制,改变脉冲的时间间隔,从而改善由脉冲周期重复引起的频谱尖峰,使信号满足UWB要求。


  调制技术是UWB系统的核心技术之一,UWB通信常用一组脉冲序列表示一位二进制信息,调制分为组内调制和组间调制。组内调制称为扩谱,组间调制称为信息调制。组内一般选择PPM和BPM,分别叫做跳时扩谱(DH-SS)和直接序列扩谱(DS-SS)。组间可以选择PPM、BPM、PAM,这样就有DH-SS_PPM、DS-SS_PPM、DH-SS_PAM、DS-SS_PAM、DH-SS_BPM、DS-SS_BPM等几种调制方式。目前较成熟并常用的调制方式主要有跳时脉冲位置调制(TH-PPM)、跳时脉冲幅度调制(TH-PAM)和直接序列扩频(DS-UWB)调制。


  多址技术研究的目的是如何合理分配和利用给定的频谱资源来获得最大系统容量、提高频谱利用率,如何选择信号结构来实现多用户传输而使多址干扰最小、结构最简单。在UWB系统中多址接入方式与调制方式有密切联系,若系统采用PPM调制,多采用跳时多址(THMA)实现多用户接入。THMA利用伪随机码和时间来标志用户,资源分配由时间和码结合产生,因此TH-PPM既属于时分多址又属于码分多址;同样,在DS-UWB系统中每个用户被分配一个不同的码字,发送的信息比特经过伪随机码扩频后再由BPSK调制,用户信道资源仅靠码字来区分,因此DS-UWB的多址接入方式为码分多址(CDMA),或写作DS-CDMA。UWB经过不断的发展,有的学者把混沌理论应用到UWB多址接入领域,从而形成了许多新的多址接入方式。目前常见的多址形式主要有:跳时脉冲位置调制(TH-PPM)、直接序列扩频(DS-UWB)调制、伪混沌跳时(PCTH)调制、混沌序列扩频(CSSS)调制、DS-BPSK/TH混合多址、DS-BPSK/Fixed TH混合多址、正交波形波分多址等。


  UWB定位技术在国内的发展趋势


  2002年至今,UWB技术和它带动的通信市场发生了惊天动地的变化,到今天市场的走向初见明朗,一些产品已经逐渐占据了市场。现在看来,在未来的几年里,UWB技术和产品市场将会呈现几大特点。


  第一,在国际各大公司、科研机构工作人员的不懈努力下,有关UWB的核心技术,如调制与解调、天线、检测、同步、伪随机序列生成、脉冲合成等将会逐渐得到改进,UWB将会朝着更高速率、更低功耗、设备更加易实现、更加贴近人们生活需求的方向发展。同时,因为除了美国完全开放低频和高频以外,欧洲、韩国、日本和中国等国家和地区对低频都有很严格的限制,但在高频上限制比较少,支持高频将变得非常重要,各大厂商都非常重视高频并朝高频方向努力。


  第二,UWB产品最终会芯片化,并嵌入到笔记本电脑、数码相机、打印机、智能手机等终端上。UWB技术的应用横跨PC、CE和Mobile三大领域,随着UWB技术的成熟,UWB产品市场将逐渐由最初的面向PC及外设市场向手机等家庭消费电子市场转变,实现个人电脑和家电设备之间的UWB互联。


  第三,UWB技术的出现会使目前的近距离无线通信领域技术格局重新整合,可以用8个字来概括,那就是融合、取代、各有定位。首先是蓝牙与UWB的"融合"。考虑到UWB高速、低功耗的特点,下一代Bluetooth 3。0标准中将会融合UWB技术。蓝牙技术联盟日前宣布,将在新一代蓝牙技术中融合超宽带无线技术,以解决目前蓝牙成本高、传输慢,应用范围窄等技术和市场瓶颈。较之目前传输速率仅为3 Mbit/s的蓝牙技术,加入了新技术的新版蓝牙,不仅能够满足各种通信终端大量的音乐、图像传输的需要,更实现了手机与PC、数码相机等之间的无线传输。UWB与蓝牙的结合,将为支持UWB的硬件产品与目前蓝牙重点支持的通信产品之间提供更为广泛的对接途径,基于新一代蓝牙技术的产品将于2007年末投放市场,在2008年开始大量普及。其次是基于UWB的无线产品取代当前的短距离线缆连接。


  第四,各国的UWB法规逐渐完善,为国际间技术融合提供了前提。由于美国首先制订了UWB监管的规则,所以当前市面上各大公司UWB产品仅适应于美国标准。随着其他国家主管部门对UWB监管政策的完善,将会出现适合具体国家政策的区域UWB标准,这些标准既考虑了当地政府的监管政策,又为UWB设备的国际互联提供足够空间。那时,如果能在这些区域UWB标准中寻求到交集,UWB国际统一标准的出炉也就不远了,而这也将大大推动UWB技术向前发展。


  总之,UWB可以在短距离内实现视频、音频和宽带数据流的高速传输,是数字家庭无线组网和其他小范围内无线替代有线连接的首选技术。在信息技术飞速发展的今天,UWB必定会以其高速、安全、低成本等诸多优点吸引越来越多研究者的注意,发展潜力及市场空间不可估量。