智能家居領域無載波通信技術UWB,你知道嗎?

  除了一般應用在智能家居領域里的藍牙、WI-FI等無線技術,你是否了解過無載波通信技術呢?

  UWB在早期被用來應用在近距離高速數據傳輸,近年來國外開始利用其亞納秒級超窄脈沖來做近距離精確室內定位,如LocalSense無線定位系統。一開始是使用脈沖無線電技術,此技術可追溯至19世紀。后來由Intel等大公司提出了應用了UWB的MB-OFDM技術方案,由于兩種方案的截然不同,而且各自都有強大的陣營支持,制定UWB標準的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出最終的標準方案,于是將其交由市場解決。

  它的抗干擾性能強,傳輸速率高,系統容量大發送功率非常小。UWB系統發射功率非常小,通信設備可以用小于1mW的發射功率就能實現通信。低發射功率大大延長系統電源工作時間。而且,發射功率小,其電磁波輻射對人體的影響也會很小,應用面就廣。

  它主要是一種不用載波的技術,采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進行通信的方式,也稱做脈沖無線電( Impulse Radio)、時域(Time Domain)或無載波(Carrier Free)通信。與普通二進制移相鍵控(BPSK)信號波形相比,UWB方式不利用余弦波進行載波調制而發送許多小于1ns的脈沖,因此這種通信方式占用帶寬非常之寬,且由于頻譜的功率密度極小,它具有通常擴頻通信的特點。

  UWB通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號,能在10米左右的范圍內實現數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發送功率小等諸多優勢,主要應用于室內通信、高速無線LAN、家庭網絡、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達等領域。

  與藍牙和WLAN等帶寬相對較窄的傳統無線系統不同,UWB能在寬頻上發送一系列非常窄的低功率脈沖。較寬的頻譜、較低的功率、脈沖化數據,意味著UWB引起的干擾小于傳統的窄帶無線解決方案,并能夠在室內無線環境中提供與有線相媲美的性能。

  UWB具有以下特點:

  抗干擾性能強。UWB采用跳時擴頻信號,系統具有較大的處理增益,在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低于普通設備產生的噪聲。接收時將信號能量還原出來,在解擴過程中產生擴頻增益。因此,與IEEE802.11a、IEEE802.11b和藍牙相比,在同等碼速條件下,UWB具有更強的抗干擾性。傳輸速率高。UWB的數據速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s,有望高于藍牙100倍,也可以高于IEEE802.11a和IEEE802.11b。

  帶寬極寬。UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達幾個GHz。超寬帶系統容量大,并且可以和窄帶通信系統同時工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊張的今天,開辟了一種新的時域無線電資源。

  消耗電能小。通常情況下,無線通信系統在通信時需要連續發射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發送出去,并且在需要時才發送脈沖電波,所以消耗電能小。

  保密性好。UWB保密性表現在兩方面。一方面是采用跳時擴頻,接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據;另一方面是系統的發射功率譜密度極低,用傳統的接收機無法接收。

  結語:雖然當前應用此技術的實際產品和系統較少,大部分仍處于理論實驗當中,需要更多的升級和革新。但其優勢和應用特色,相信在未來智能家居領域還有一席之地。

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