今后,無線定位技術(shù)的趨勢(shì)是室內(nèi)定位與室外定位相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)無縫、精確定位。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不能完全滿足這一要求,UWB技術(shù)具有功耗低、抗多徑效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜性低、定位精度極高等優(yōu)點(diǎn),在眾多無線定位技術(shù)中脫穎而出。
uwb定位概念
UWB(Ultra Wideband)超寬帶,是一種無載波通信技術(shù)。利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。以下兩幅圖是UWB脈沖信號(hào)分別在時(shí)域和頻域上的表現(xiàn)形式。脈沖覆蓋的頻譜從直流至GHz,不需常規(guī)窄帶調(diào)制所需的RF頻率變換,脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射。脈沖峰峰時(shí)間間隔在10 - 100 ps級(jí)。頻譜形狀可通過甚窄持續(xù)單脈沖形狀和天線負(fù)載特征來調(diào)整。
UWB信號(hào)功率系統(tǒng)
UWB信號(hào)在時(shí)間軸上是稀疏分布的,其功率譜密度相當(dāng)?shù)?,RF可同時(shí)發(fā)射多個(gè)UWB信號(hào)。UWB信號(hào)類似于基帶信號(hào),可采用OOK,對(duì)映脈沖鍵控,脈沖振幅調(diào)制或脈位調(diào)制。
UWB不同于把基帶信號(hào)變換為無線射頻(RF) 的常規(guī)無線系統(tǒng),可視為在RF上基帶傳播方案,在建筑物內(nèi)能以極低頻譜密度達(dá)到100 Mb/s數(shù)據(jù)速率。抗干擾性能強(qiáng),傳輸速率高,系統(tǒng)容量大發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小,通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長系統(tǒng)電源工作時(shí)間。而且,發(fā)射功率小。
UWB 技術(shù)特點(diǎn)
由于UWB與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比,工作原理迥異,因此UWB具有如下傳統(tǒng)通信系統(tǒng)無法比擬的技術(shù)特點(diǎn):系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單當(dāng)前的無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波,載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化,從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波,它通過發(fā)送納秒級(jí)脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵(lì)天線,不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻,從而不需要功用放大器與混頻器,因此,UWB允許采用非常低廉的寬帶發(fā)射器。
UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)傳輸范圍
同時(shí)在接收端,UWB接收機(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī),不需要中頻處理,因此,UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單。高速的數(shù)據(jù)傳輸民用商品中,一般要求UWB信號(hào)的傳輸范圍為10m以內(nèi),再根據(jù)經(jīng)過修改的信道容量公式,其傳輸速率可達(dá)500Mbit/ s,是實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信和無線局域網(wǎng)的一種理想調(diào)制技術(shù)。
超寬帶UWB數(shù)據(jù)傳輸
UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸,并且不單獨(dú)占用已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源,而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶。在軍事應(yīng)用中,可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測(cè)率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳輸。
低功耗UWB 系統(tǒng)功率優(yōu)越性
功耗低UWB 系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù),脈沖持續(xù)時(shí)間很短,一般在0. 20ns~1. 5ns 之間,有很低的占空因數(shù),系統(tǒng)耗電可以做到很低,在高速通信時(shí)系統(tǒng)的耗電量僅為幾百W~幾十mW。民用的UWB 設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動(dòng)電話所需功率的1/ 100 左右,是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/ 20 左右。軍用的UWB 電臺(tái)耗電也很低。
因此,UWB 設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上,相對(duì)于傳統(tǒng)無線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性。安全性高作為通信系統(tǒng)的物理層技術(shù)具有天然的安全性能。
UWB脈沖信號(hào)通信系統(tǒng)
UWB信號(hào)一般把信號(hào)能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi),對(duì)一般通信系統(tǒng),UWB 信號(hào)相當(dāng)于白噪聲信號(hào),并且大多數(shù)情況下,UWB 信號(hào)的功率譜密度低于自然的電子噪聲,從電子噪聲中將脈沖信號(hào)檢測(cè)出來是一件非常困難的事。
采用編碼對(duì)脈沖參數(shù)進(jìn)行偽隨機(jī)化后,脈沖的檢測(cè)將更加困難。多徑分辨能力強(qiáng)由于常規(guī)無線通信的射頻信號(hào)大多為連續(xù)信號(hào)或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于多徑傳播時(shí)間,多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。
由于超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低,多徑信號(hào)在時(shí)間上是可分離的。
假如多徑脈沖要在時(shí)間上發(fā)生交疊,其多徑傳輸路徑長度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號(hào)在時(shí)間上不重疊,很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號(hào)的能量。
大量的實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)常規(guī)無線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10~ 30 dB 的多徑環(huán)境, 對(duì)超寬帶無線電信號(hào)的衰落最多不到5 dB。
GPS與UWB定位系統(tǒng)定位精度價(jià)格對(duì)比
準(zhǔn)確定位:沖激脈沖具有較高的定位精度,利用超寬帶無線通信,可方便地實(shí)現(xiàn)定位和通信的一體化,這是常規(guī)無線電難以實(shí)現(xiàn)的。UWB無線電具有極強(qiáng)的穿透能力,可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位,而 GPS定位系統(tǒng)只能在 GPS定位衛(wèi)星的可見范圍內(nèi)工作;與 GPS不同,超短脈沖定位器能提供相對(duì)位置,定位精度可達(dá)厘米級(jí),而且 UWB無線電定位器價(jià)格更便宜。