網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)論文

1、UWB技術(shù)簡介及其應(yīng)用一、超寬帶的定義 現(xiàn)在的超寬帶已經(jīng)不局限于早期的脈沖形式的無線電，任何無線電系統(tǒng)，只要它滿足下面的條件之一就稱為超寬帶系統(tǒng)：2（fH-fL）fH+fL20% （1）fH-fL500MHz （2）式中，fH 和 fL分別是傳輸帶寬的高端頻率和低端頻率。此外，F(xiàn)CC規(guī)定超寬帶設(shè)備的功率譜密度不超過 - 41. 3 dB M / H z，以避免對已有的通信系統(tǒng) (比如 GPS)產(chǎn)生干擾。FCC的功率譜密度限制顯示在圖1。圖1 UWB在室內(nèi)的頻譜屏蔽二、超寬帶的實現(xiàn)技術(shù)1. 沖激無線電沖激無線電使用脈位調(diào)制，或二進(jìn)制相移鍵控 BPS或者脈沖幅度調(diào)制的基帶短脈沖串傳輸數(shù)據(jù)符號。沖激

2、無線電采用跳時或直接序列實現(xiàn)多址接入 。在跳時方式中，是通過脈沖到達(dá)的時間順序區(qū)分用戶，在直接序列方式中是通過脈沖的極性序列來區(qū)分用戶。沖激無線電系統(tǒng)具有低成本、容易實現(xiàn)、衰落深度淺和好的穿透能力等，但是基帶短脈沖具有一部分低頻分量，這部分低頻分量在高速通信中很難達(dá)到 FFC的功率譜密度的規(guī)定。目前沖激無線電系統(tǒng)通常應(yīng)用在定位搜索以及低速的數(shù)據(jù)通信中。2. MB -OFDMMB -OFDM(多帶正交頻分復(fù)用 )是由德州儀器提出，得到以Intel與德州儀器為首的MBOA(多帶聯(lián)盟 )的支持，MB-OFDM 將頻分復(fù)用和頻率交織技術(shù)結(jié)合起來。MB-OFDM將7.5GHz的帶寬分成了若干個528MH

3、z的頻帶，并且不使用 5.2 5.7GHz的802.11a的頻帶。它的調(diào)制方式是正交頻分復(fù)用，也就是以時間交織方式在不同的頻帶上傳輸信息。它使用時頻碼來區(qū)分用戶。MB-OFDM 系統(tǒng)能夠支持 416 個同時發(fā)生的微微網(wǎng)。MB-OFDM 有很高的頻譜靈活性，在射頻干擾和多徑效應(yīng)中具有恢復(fù)能力，缺點(diǎn)是稍微增加了發(fā)射器的復(fù)雜性 。3. DS - CDMA和 DS -UWBDS CDMA（直接序列碼分多址）方式是摩托羅拉集團(tuán)提出和支持的方案。DS-CDMA將7. 5 GH z的頻譜分成了2個頻帶，一個頻帶在802.11a頻帶的上面，一個在802.11a頻帶下面。在DS -CDMA方式下，每個數(shù)據(jù)符號是

4、一串按BPSK /QPSK/MBOK方式編碼的小波脈沖，多址接入是通過一個低交叉關(guān)系的二進(jìn)制碼的CDMA編碼實現(xiàn)的，它支持 8個同時發(fā)生的微微網(wǎng)。Motorola和CRL對 DS - CDMA 做了重新設(shè)計，改進(jìn)的DS -CDMA 稱為 DS -UWB(直接序列超寬帶 )。在DS-UW B系統(tǒng)中 MBOK 調(diào)制被去掉，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率將根據(jù)通信距離進(jìn)行調(diào)整 ,而通信距離根據(jù)信號強(qiáng)度測量得到。另外，加進(jìn)來一個公共的信令方式以容許設(shè)備可以在 DS-UW B的物理層和MB - UWB的物理層之間交流。DS -CDMA 和 DS-UW B的顯著優(yōu)點(diǎn)是很小的干擾、低復(fù)雜性。三、超寬帶的優(yōu)點(diǎn)1超寬帶技術(shù)

5、與其他系統(tǒng)共享的方式使用頻譜它使用的頻譜從3.1GHz到10.6GHz，寬度高達(dá)7500MHz，而無需劃分特定的、專有的頻段。同時，通過限制發(fā)射功率，超寬帶也可以避免了其他系統(tǒng)對他造成的的干擾。這樣的頻譜使用方式，在頻譜資源非常緊張的今天是具有重要的意義，這也是超寬帶興起的主要原因之一。超寬帶的極寬的頻譜和極低的發(fā)射功率，也使超寬帶系統(tǒng)具有傳輸速率高，系統(tǒng)相對簡單、成本低、功耗低的優(yōu)點(diǎn)。2超寬帶的傳輸速率高，系統(tǒng)相對簡單、成本低，功耗低傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)，因為頻帶較窄，要實現(xiàn)100Mps以上的高傳輸速率，必須采用高階調(diào)制等方法達(dá)到較高的頻譜使用效率。這就對信噪比提出了很高的要求，同時提高了系統(tǒng)

6、的復(fù)雜性。而超寬帶系統(tǒng)的頻帶很寬，幾時傳輸速率高達(dá)1Gbps以上時，說需信噪比仍然不高，這就使得系統(tǒng)較為簡單，實現(xiàn)了系統(tǒng)的降低成本和功耗。3系統(tǒng)成本和功耗低超寬帶如果通信采用的是傳統(tǒng)的基帶窄脈沖形式，因為無需對載波進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，還將使系統(tǒng)的成本和功耗進(jìn)一步降低。同時低功率的脈沖比起以前雷達(dá)和通信中的大功率脈沖，更容易產(chǎn)生，實現(xiàn)成本更低。4超寬帶信號衰減較小，穿透力強(qiáng)超寬帶采用基帶窄脈沖形式的信號，與利用正弦波攜帶信息的一般無線通信信號在空中的衰減特性不同。天線發(fā)射的正弦電磁波是一種球面波，在自由空間中的衰減與距離的平方成反比，在室內(nèi)多徑通信條件下，衰減與距離的3次方程反比。而具有色當(dāng)波形的超

7、寬帶瞬態(tài)脈沖具有較強(qiáng)的定向性，其衰減與距離成反比或更小。因此，在相同功率下，采用基帶窄脈沖形式的超寬帶信號可比一般的調(diào)制載波的信號傳輸更遠(yuǎn)的距離。另外，由于基帶窄脈沖中含有角度空的低頻分量，所以在室內(nèi)傳播時可以順利地穿過墻壁等一般的障礙物，為超寬帶技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境以及透視成像等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了便利。5超寬帶的定位精度與其帶寬直接相關(guān)其帶寬一般在500MHz以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了一般的無線通信信號，因此，其所能實現(xiàn)的定位精度也很高。基帶的窄脈沖的信號，因為其帶寬通常在數(shù)GHz，所以其定位精度更是可以高達(dá)厘米量級。四、超寬帶的應(yīng)用超寬帶無線通信技術(shù)的主要功能包括無線通信和定位功能。進(jìn)行高速無線通信時，傳輸

8、距離較近，一般在10到20米左右，進(jìn)行較低的速率無線通信和定位時，傳輸距可更遠(yuǎn)。超寬帶采用基帶脈沖方式時，具有較強(qiáng)的透視功能，可以穿透數(shù)層墻壁進(jìn)行通信，成像或定位。與全球定位系統(tǒng)相比，超寬帶技術(shù)的定位精度更高。根據(jù)上述的功能，超寬帶技術(shù)可以應(yīng)用于無線多媒體局域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個域網(wǎng)，無線傳感網(wǎng)，雷達(dá)定位、成像系統(tǒng)和交通系統(tǒng)，以及應(yīng)用于軍事、公安、救援、醫(yī)療、測量等多個領(lǐng)域。1. 無線多媒體局域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個域網(wǎng)在無線多媒體局域網(wǎng)、家域網(wǎng)、個域網(wǎng)中，各種數(shù)字多媒體設(shè)備，如數(shù)碼攝像機(jī)、MP3播放器、數(shù)字電視、計算機(jī)、投影儀、各種智能家電等，根據(jù)需要，在小范圍內(nèi)組成組織式的網(wǎng)絡(luò)，互相傳送多媒體數(shù)據(jù)，并可

9、以通過安裝在家中的寬帶網(wǎng)關(guān)，接入因特網(wǎng)，構(gòu)成一個智能家庭環(huán)境。表1列舉了目前的一些無線多媒體業(yè)務(wù)對數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，目前只有超寬帶技術(shù)可以滿足各種無線多媒體應(yīng)用的傳輸速率需要。應(yīng)用要求的速率應(yīng)用要求的速率無線視頻投影1570Mbps大容量多媒體文件拷貝100Mbps以上高清晰度電視2080Mbps替代有線電纜IEEE 1394a100/200/400Mbps數(shù)碼攝像機(jī)27MbpsUSB 2.01.5/12/480Mbps表1 無線多媒體應(yīng)用對傳輸速率的要求2. 無線傳感網(wǎng)無線傳感網(wǎng)中，通常要求傳感器的功耗非常小，可以連續(xù)工作數(shù)月、甚至數(shù)年之久而不需要充電。目前的做法是通過媒體的計入控制層和網(wǎng)

10、絡(luò)層的協(xié)議涉及，盡量減少不必要的傳輸，來有效地利用無線信道和能量資源。在此基礎(chǔ)上，采用極低功耗的超帶寬物理層，可以大大簡化MAC層和網(wǎng)絡(luò)層的復(fù)雜度，使系統(tǒng)總體功耗進(jìn)一步降低。3. 智能交通系統(tǒng)UWB除了高速和低功耗的特點(diǎn)外，還具有定位和搜索能力。利用超寬帶的定位和搜索能力，可以制造防碰和防障礙物的雷達(dá)。裝載了這種雷達(dá)的汽車會非常容易駕駛。當(dāng)汽車的前方、后方、旁邊有障礙物時，該雷達(dá)會提醒司機(jī)。在停車的時候，這種基于 UW B的雷達(dá)是司機(jī)的強(qiáng)有力的助手。因為 UWB 是高速的無線通信技術(shù)。利用UWB可以建立智能交通管理系統(tǒng), 這種系統(tǒng)應(yīng)該由若干個站臺裝置和一些車載裝置組成無線通信網(wǎng)，兩種裝置之間通

11、過 UWB進(jìn)行通信完成各種功能。例如實現(xiàn)不停車的自動收費(fèi)，汽車方的隨時定位測量、道路信息和行駛建議的隨時獲取，站臺方對移動汽車的定位搜索和速度測量等軍事、救援和安全等領(lǐng)域采用基帶脈沖方式的超寬帶系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的穿透障礙物進(jìn)行通信的功能，在軍事、消防、勘測等領(lǐng)域有著廣泛的用途。4. 成像應(yīng)用由于 UWB 具有好的穿透墻和樓層的能力，UW B可以應(yīng)用于成像系統(tǒng)。利用 UWB技術(shù)，可以制造穿墻雷達(dá)和穿地雷達(dá)。穿墻雷達(dá)可以用在戰(zhàn)場上和警察的防暴行動中，定位墻后和角落的敵人。地面穿透雷達(dá)可以用來探測礦產(chǎn)，在地震或其他災(zāi)難后搜尋幸存者。基于UWB的成像系統(tǒng)也可以用于避免使X射線的醫(yī)學(xué)系統(tǒng)。5. UWB應(yīng)用于智能標(biāo)識（1）存貨跟蹤和系統(tǒng)服務(wù)將UWB節(jié)點(diǎn)安裝在大商場的入口和每個商店里。該商場的每個產(chǎn)品都有一個 UWB的射頻標(biāo)簽以便隨時對它的地點(diǎn)進(jìn)行探測。在商店的入口 ,用戶可以用 PDA下載產(chǎn)品的多媒體目錄，當(dāng)選擇了產(chǎn)品A，用戶就能夠得到產(chǎn)品A在特定商店的位置。（2）文檔和書的管理在辦公室和圖書館，每個文檔和書 (包括電子書)附有一個 UWB的射頻標(biāo)簽。利用 UWB的精確定位能力，人們通過 PC、PDA 或其他的終端可以很容易地找到想要的文檔或書。