通信技术快速发展的今天,超宽带技术作为一种新型无线通信技术,在室内短距离定位方面的优势较为突出。本文将介绍超宽带的特点并分析其在室内定位中的优势,以供参考。
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1.超宽带
(1)频带宽、传输速率快
UWB信号最基本的特点就是具有超宽的带宽,根据Shannon公式可知,UWB信号将拥有超大的信道容量,可以提供Gbps级别的传输速率,因此特别适合高速率传输。
(2)发射功率低、抗干扰能力强、可靠性高
UWB信号脉冲宽度一般都在皮秒到纳秒级别,占空比非常低,因此UWB信号拥有非常低的功率谱密度,十分接近白噪声特性。这样,UWB信号将相当于在频谱上与传统的窄带信号叠加在一起。同时,超低的功率谱密度增强了UWB信号的隐蔽性,提高了通信的可靠性。
(3)抗多径能力强、探测精度高
由于UWB信号在时域上一般表现为纳秒级甚至皮秒级的分立窄脉冲,即使经过多个路径的多次反射、折射后在时域上依然可以分开出来,因此UWB信号的抗多径能力相比于传统的窄带信号要强很多。同时,这种良好的时域解析特性,又带来很高的探测精度。
(4)穿透能力强
UWB信号在频谱上不但包含许多高频分量,还包含大量的低频分量。这些低频分量具有非常强的穿透障碍物的能力,因此在军事上、商业上都有非常广泛的应用。
(5)成本较低、易于维护
UWB信号的产生、发射电路相比传统的高频电路,具有更简单的电路结构,因此在设计、维护方面要花费更低的成本。同时,简单的电路结构也给维护带来了极大的方便。
2.超宽带室内定位优势
按照UWB的定义,UWB信号拥有极大的带宽,因此不可避免地会占据已分配给其他无线信号的频段。为了避免对其他无线信号造成干扰,FCC对UWB信号做了一系列频谱限制,在室内应用场景中,FCC规定UWB信号频率带宽须介于3.1GHZ-10.6GHZ之间;当使用1MHZ带宽分辨率的频谱分析仪进行测量,UWB
发射设备等效全向辐射功率谱不得高于-41.3dBm。我国工信部2008年颁发了UWB技术使用规定,要求UWB信号带宽(-10dB带宽)不得低于500MHz,并给出了6个不同频率范围的等效全向辐射功率谱限值(中华人民共和国工信部,2008)。2011
年,工信部对 UWB
技术使用规定做了修订,对UWB信号干扰做了更严格的规定,要求在4.2-4.8GHz频段之间的UWB无线电发射设备必须采用信号检测避让等干扰缓解技术,否则其等效全向辐射功率谱限值需要从-41dBm/MHz下降为-70dBm/MHz。
UWB信号的产生最早是依靠脉冲技术,因此,有关UWB技术的相关规定大多是在脉冲信号的前提下提出的。作为基带脉冲信号,由于不需要载波调整,与窄带信号相比具有众多优势。
UWB信号由一系列极短脉冲组成,单个脉冲长度通常只有几纳秒、甚至不到1纳秒,每一个脉冲拥有极大的频谱宽带,同时必须满 FCC等机构 的 规 定 。
常见的脉冲生成函数有高斯 ( Gaussian )、 拉 普 拉
斯(Laplacian)、瑞利(Rayleigh)、埃尔米特(Hermitian)等,时域内脉冲越短,频域内脉冲频谱越窄,而理想脉冲要求时域短、频域宽,这实际上相互矛盾,因此在进行脉冲函数选择时需要平衡。UWB信号大的带宽可以转化为较高的时间分辨率,从而可以得较高的距离分辨率,这就是UWB定位的最大优势。除了具有较高的测距精度,UWB
定位系统还具有如下主要优势:
(1)系统简单(成本低)、功耗低
基带脉冲信号,不需要载波调制,因此不涉及传统无线通信系统所需要的上变换(帧频提升)、信号放大、下变换(帧频下降)等操作。此外,UWB
信号属于非连续信号、信号占空比低,一个脉冲周期内信号接收机仅仅需要监听处理其中的极小部分。
(2)有利于抑制多路径影响
UWB信号拥有极大的带宽、频率分布广,有利于抑制多路径影响。此外,极短的脉冲减少了多路径信号对直路径的干扰。以 FCC 规定的最小带宽 500MHz
为例,当多路径与直路径信号到达时间之差大于2ns,二者将不会产生重叠现象。带宽越大,对到达时间差的要求低,越有利于减少多路径影响。
(3)UWB信号中低频部分能量衰减较慢,在遇到障碍物时可以穿透部分障碍物。因此,UWB
信号具有一定的障碍物穿透能力,比如能穿透玻璃、木头、混泥土等。
以上梳理了超宽带的特点及其在室内定位中的优势,希望对你有所帮助,如果你想了解更多相关内容,敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。
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