UWB(ultra wideband)是超宽带无线技术的缩写。UWB技术是一种使用1GHz以上带宽的短距离无线通信技术。其通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。 UWB的特点在于不使用载波,这与此前的无线通信截然不同。传统的无线通讯技术,在通讯时将信息调制在载波信号上,因此需要消耗大量的电能;而UWB是通过直接的脉冲电波将信息发送出去。由于只在信息传输时发出脉冲电波,因而大大减少了耗电量。 UWB之所以能实现高速数据传输,正是因为这种脉冲的宽度能控制在1纳秒以下,因此实现几百M~1Gbit/秒以上的通信将不再是梦想。但是,发送脉冲信号需要很宽的频带。作为室内通信用途,美国联邦通信委员会(FCC:Federal Communications Commission)已经将3.1G~10.6GHz频带向UWB通信开放。IEEE802委员会也已将UWB作为PAN(personal area network)的基础技术候选对象来探讨。
UWB技术优势
UWB 作为一项新的短距离无线通讯技术,具有以下一些传统的通讯技术无法比拟的优势:
1. 定位精度高下面的表格给出了目前无线定位领域各种定位技术的定位精度对照表。技术 定位精度 Proximity cards 大约30m GPS 5m-20m Bluetooth 大约3m IEEE802.11 大约3m Dedicated RF 大约3m Unidirectional UWB <30cm UBIsense UWB 15cm(3d) UBIsense公司在进行定位中运用到达时间差(TODA)和到达时间角度(AOA)的混合定位方法,利用三维坐标将定位误差降到最小。技术 定位精度
2. 范围覆盖广 UWB 属于中短距离范围内的通讯技术,非常适合构建室内环境的实时定位系统。根据最近的发展,目前的单个传感器定位单元的覆盖面积达到400 平方米,传感器网络的信号发射节点跟信号接收节点之间的最大距离达到60 米。可以实现多个定位单元(Cell)联合工作,按需扩大覆盖面积。
3. 实时性好相对于其他定位技术,UWB 定位一个很大的优势就是它具有较好的实时性。下面的表格给出了目前无线定位领域各种定位技术的实时响应频率。技术 实时响应 Proximity cards 0.001HZ IEEE802.11 大约0.1HZ Bluetooth 大约0.4HZ Dedicated RF 大约0.2HZ Unidirectional UWB 0.1HZ或1HZ UBIsense UWB 40HZ per cell and 10HZ UBItag
4.穿透力强 UWB 信号具有非常强的穿透力。UWB 信号能穿透树叶、土地、混凝土、水体等介质,因此军事上UWB 雷达可用来探测地雷,民用上可以查找地下金属管道、探测高速公路地基等。
5. 通信能力由于UWB使用的频点较高,它的数据传输速率相当高。下面的表格可以看出UWB在数据传输速率方面的优势。 技术 速率 Bluetooth 小于1Mbps IEEE802.11a 54MBps HomeRF 1-2Mbps UWB 500Mbps 正因为UWB 在数据的传输速率上有较大的优势,WiMedia 联盟着力于将UWB 打造成现有无线网络技术(Bluetooth ,etc.),以及一些新兴技术(WUSB)的基础平台。
6. 发射功率小 UWB 产品具有很小的发射功率。2002 年2 月FCC 准许UWB 技术进入民用领域的条件就是:“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz(换算成功率则为1mW/MHz)的条件下,可将3.1GHz~10.6GHz 的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测蹑和无线数据通信"。按照FCC 的规定,UWB 通信在近期内将只可能用于短距离的无线通信,这就意味着在一定时期内UWB 将会与现有短距离无线技术共同生存,共同发展。同时,发射功率小,意味着UWB 信号发射节点可以连续工作很长时间而无需更换电池。下图给出了UWB 与现有其他无线通讯技术在发射功率上的比较。技术 发射 IEEE802.11a 大于1瓦 Bluetooth 1毫瓦-100毫瓦 HomeRF 大于1瓦 UWB 小于1毫瓦由于UWB是脉冲电波的工作方式,只有在工作的时候才发出脉冲电波,这比其他无线载电波技术连续性发出载电波有着很大的不同,大大节约了能耗,在提倡绿色能源的今天尤为宝贵。
UWB技术应用
目前UWB的应用主要集中在:
1. 利用它的高数据传输率构建PAN(personal Area Network)。
2. 利用它的物理特性进行实时精度定位。
UWB应用场合:
仓储物流 在仓库环境里,贵重货物的位置和仓库里运载机械的运行情况都需要能够及时的掌控。贵重物资如果发生丢失或者位置摆放不正确,对仓库管理来说会造成极大的损失。及时的获取运载机械的位置并通知操作员,能够提高工作效率,而且也能够避免发生不必要的碰撞。
医疗卫生 在医院里,利用UWB技术可以及时的掌握病人的位置,了解医院环境中病人的流动情况。获取了病人的位置,医护人员就能够很容易地找到病人。这对医护人员来说非常的方便。同时,医护人员可以很快地安排距离病人最近的医生或护士对其进行及时的病情检查,了解病人的健康状况。在国外,已经有这样的系统正在服务于医疗卫生领域。
军事应用 UWB在军事方面也有用武之地。未来的局部战争和反恐工作,很打一部分是巷战。利用UWB的定位功能,科技及时跟踪士兵的动向,观察战斗情况以及之后的演习回顾都很有帮助作用。
人员定位 UWB定位技术具有定位精确、穿透性强的特性,可以应用在监狱、学校、医院以及其他一些特殊场所。在这些场所建立UWB定位系统,管理者就可以实时了解到每个被管理人员的位置和活动情况,实时了解人员状况,实现高效有序管理。
危险环境 在危险环境的工作人员(如核电厂),对人员的安全要求比较高,管理人员需要实时追踪场地工作人员,并根据场地的情况,通知工作人员到安全的区域工作。