5 超寬帶(UWB)技術(shù) 

　　超寬帶(Ultra—widebandiUWB)技術(shù)起源于20世紀(jì)50年代末，此前主要作為軍事技術(shù)在雷達(dá)等通信設(shè)備中使用。隨著無(wú)線通信的飛速發(fā)展，人們對(duì)高速無(wú)線通信提出了更高的要求．超寬帶技術(shù)又被重新提出，并倍受關(guān)注。UWB是指信號(hào)帶寬大于50oMHz或者是信號(hào)帶寬與中心頻率之比大于25％的無(wú)線通信方案。與常見(jiàn)的使用連續(xù)載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來(lái)傳送信息，通常每個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間只有幾十皮秒到幾納秒的時(shí)間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百分之一。在高速通信的同時(shí)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一，對(duì)于普通的非UWB接收機(jī)來(lái)說(shuō)近似于噪聲．因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無(wú)線電設(shè)備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式．它有望在無(wú)線通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點(diǎn)如下：  

　　(1)抗干擾性能強(qiáng)：UWB采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào)，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱的無(wú)線電脈沖信號(hào)分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。  

　　(2)傳輸速率高：UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit／s到幾百M(fèi)bit／s，有望高于藍(lán)牙100倍。  

　　(3)帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達(dá)幾個(gè)GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時(shí)工作而互不干擾。  

　　(4)消耗電能少：通常情況下，無(wú)線通信系統(tǒng)在通信時(shí)需要連續(xù)發(fā)射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去。并且在需要時(shí)才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能少。  

　　(5)保密性好：UWB保密性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)才能解出發(fā)射數(shù)據(jù)；另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機(jī)無(wú)法接收。  

　　(6) 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lmW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)電源工作時(shí)問(wèn)。  

　　(7)成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術(shù)使用基帶傳輸，無(wú)需進(jìn)行射頻調(diào)制和解調(diào)，所以不需要混頻器、過(guò)濾器、RF廠rF轉(zhuǎn)換器及本地振蕩器等復(fù)雜元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，成本大大降低，同時(shí)更容易集成到CMOS電路中。 

　　由于UWB具有廣闊應(yīng)用前景，在標(biāo)準(zhǔn)制定上競(jìng)爭(zhēng)激烈。目前UWB標(biāo)準(zhǔn)提案有二：以摩托羅拉為代表的DS—CDMA方案和多頻帶OFDM聯(lián)盟fMBOA1的OFDM方案。兩種提案各有優(yōu)缺點(diǎn)。DS—CDMA方案建議采用雙頻帶(3．1 5．15GHz和5．825—13．6GHz)，即在每超過(guò)1 GHz的頻帶內(nèi)用極短的時(shí)間脈沖發(fā)送數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢(shì)是硬件簡(jiǎn)單，頻譜利用率高。OFDM方案需建立一個(gè)子信道化UWB系統(tǒng)，每個(gè)子信道采用正交頻分復(fù)用方式，優(yōu)勢(shì)是抗ISI(符號(hào)問(wèn)干擾1能力強(qiáng)，但硬件相對(duì)復(fù)雜。雖然前段時(shí)間有消息說(shuō)兩大陣營(yíng)要和解，標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)改成兼容性的討論，但并沒(méi)有看到實(shí)際行動(dòng)。毫無(wú)疑問(wèn)，兩陣營(yíng)之爭(zhēng)不僅沒(méi)有停止，反而會(huì)進(jìn)一步升級(jí)，成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)、贏得市場(chǎng)占有率是他們的努力目標(biāo)。 

　　6 射頻識(shí)別(RFID)技術(shù) 

　　射頻識(shí)別技術(shù)fRadio Frequency Identification-RFID)是從20世紀(jì)80年代走向成熟的一項(xiàng)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合f交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。RFID技術(shù)無(wú)須精確定位，就可以大批量地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)傳遞，實(shí)時(shí)核對(duì)、更新，避免人為操作中的錯(cuò)掃、漏掃、重掃等差錯(cuò)。 

　　和傳統(tǒng)的條形碼相比．RFID可以突破條形碼須人工掃描、一次讀一個(gè)的限制．實(shí)現(xiàn)非接觸性和大批量數(shù)據(jù)采集，具有不怕灰塵、油污的特性；也可以在惡劣環(huán)境下作業(yè)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的讀取，同時(shí)讀取多個(gè)卷；還具有實(shí)時(shí)追蹤、重復(fù)讀寫(xiě)及高速讀取的優(yōu)勢(shì)，此特性讓其具有極其廣泛的應(yīng)用范圍。RFID低頻系統(tǒng)主要用于短距離、低成本的應(yīng)用，如多數(shù)的門(mén)禁控制、校園卡、煤氣表、水表等：高頻系統(tǒng)則用于需傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用系統(tǒng)；超高頻系統(tǒng)應(yīng)用于需要較長(zhǎng)的讀寫(xiě)距離和高讀寫(xiě)速度的場(chǎng)合．其天線波束方向較窄且價(jià)格較高，在火車(chē)監(jiān)控、高速公路收費(fèi)等系統(tǒng)中應(yīng)用。 

　　RFID系統(tǒng)因應(yīng)用不同其組成會(huì)有所不同，但基本都由電子標(biāo)簽(Tag)、閱讀器(Reader)和數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)(Processor)大部分組成。電子標(biāo)簽f或稱射頻卡、應(yīng)答器等)，由耦合元件及芯片組成，其中包含帶加密邏輯、串行EEPROM(電可擦除及可編程式只讀存儲(chǔ)器)、微處理器CPU以及射頻收發(fā)及相關(guān)電路。 

　　電子標(biāo)簽具有智能讀寫(xiě)和加密通信的功能，它是通過(guò)無(wú)線電波與讀寫(xiě)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，工作的能量是由閱讀器發(fā)出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時(shí)也被稱為查詢器、讀寫(xiě)器或讀出裝置，主要由無(wú)線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機(jī)的讀寫(xiě)命令傳送到電子標(biāo)簽，再把從主機(jī)發(fā)往電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)加密，將電子標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)解密后送到主機(jī)。數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)及管理、對(duì)卡進(jìn)行讀寫(xiě)控制等。其工作原理為：當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的物品在讀寫(xiě)器的可讀范圍時(shí)，讀寫(xiě)器發(fā)出的查詢信號(hào)將會(huì)激活標(biāo)簽，標(biāo)簽根據(jù)接收到的查詢信號(hào)要求反射信號(hào)，讀寫(xiě)器接收到標(biāo)簽反射回的信號(hào)后，經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路的解碼處理可無(wú)接觸地讀取并識(shí)別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動(dòng)識(shí)別物體的目的。然后進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體識(shí)別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。 

　　通常情況下。RFID閱讀器發(fā)送的頻率稱為RFID系統(tǒng)的工作頻率或載波頻率。RFID載波頻率基本上有3個(gè)范圍：低頻(30～300kHz)、高頻(3～30MHz)和超高頻f300MHz～3GHz)。常見(jiàn)的工作頻率有低頻125kHz與134．2kHz、高頻13．56MHz、超高頻433MHz、86o～930MHz、2．45GHz等。 

　　近年來(lái)。隨著通信、微電子、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展．RnD的應(yīng)用范圍和深度都得到了迅速的發(fā)展，并被列為21世紀(jì)最有前途的重要產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用技術(shù)之一。RFID作為接人層技術(shù)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)或公共電信網(wǎng)，將能構(gòu)造一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品、人員信息實(shí)時(shí)共享的“物聯(lián)網(wǎng)”。其廣泛的應(yīng)用將深刻地影響我們的社會(huì)形態(tài)，極大地提升整個(gè)社會(huì)的信息化水平，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的質(zhì)量。 

　　7 幾種短距離無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及融合發(fā)展趨勢(shì) 

　　在短距離無(wú)線通信領(lǐng)域，Wi—Fi目前正日益普及，路由和PC正向采用下一代802．1ln技術(shù)演變。802．1lg有更好的可靠性和更高冉句傳輸速率，這將使其成為下一代消費(fèi)電子產(chǎn)品的最佳選擇；UWB具備高傳輸速率，其定位為多媒體傳輸；藍(lán)牙擁有QoS，可作為語(yǔ)音與數(shù)據(jù)資料傳輸之用；ZigBee傳輸速率雖低，但適合應(yīng)用在感測(cè)與控制場(chǎng)合，搭配低價(jià)與耐用之特性，成為眾所矚目的新興技術(shù)；RFID技術(shù)則在電子商務(wù)、電子政務(wù)、現(xiàn)代物流等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用。各種短距離無(wú)線通信技術(shù)如藍(lán)牙、WLAN、UWB、Zigbee和RFID等技術(shù)因其各自不同的技術(shù)特點(diǎn)，有著不同的應(yīng)用領(lǐng)域。它們之間互相融合和向更高速率邁進(jìn)的趨勢(shì)使得它們找到了更強(qiáng)勁的發(fā)展“支點(diǎn)”． 

　　7．1 藍(lán)牙與WLAN、UWB加快共存  

　　隨著藍(lán)牙與無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)應(yīng)用的普及，其共存問(wèn)題成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)際芯片大廠透過(guò)自行開(kāi)發(fā)與持續(xù)購(gòu)并，目前幾乎均掌握了WLAN與藍(lán)牙的產(chǎn)品線，開(kāi)始同時(shí)布局WLAN與藍(lán)牙芯片，未來(lái)也將進(jìn)一步尋求整合。 

　　此外，藍(lán)牙與超寬帶UWB融合的苗頭也已在顯現(xiàn)。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟日前宣布，將在新一代藍(lán)牙技術(shù)中融合超寬帶(UWB)線技術(shù)。該聯(lián)盟預(yù)測(cè)。融合后的基于新一代藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)品將于2007年末投放市場(chǎng)。 

　　藍(lán)牙與UWB合作，試圖解決目前藍(lán)牙成本高、傳輸慢。應(yīng)用范圍窄等技術(shù)和市場(chǎng)瓶頸。UWB與藍(lán)牙的結(jié)合。將為支持UWB的硬件產(chǎn)品與目前藍(lán)牙重點(diǎn)支持的通信產(chǎn)品之間提供更為廣泛的對(duì)接途徑。藍(lán)牙的品牌加上UWB的技術(shù)優(yōu)勢(shì)將使雙方共贏。這種融合，彌補(bǔ)了藍(lán)牙在技術(shù)上的缺陷，在高速傳輸和低耗電量上能夠迎接WLAN(無(wú)線局域網(wǎng))的挑戰(zhàn)。同樣，通過(guò)與藍(lán)牙聯(lián)手。UWB可以繞過(guò)技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展過(guò)程中“后來(lái)者”的身份，與目前全球近5億個(gè)藍(lán)牙產(chǎn)品直接對(duì)接，兩家合作是必然的結(jié)果。 

　　藍(lán)牙專業(yè)工作小組SIG與超寬帶開(kāi)發(fā)者合作來(lái)整合這兩種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。去年兩者之間的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議就已出爐。今年則會(huì)有整合性的產(chǎn)品問(wèn)世。此舉對(duì)藍(lán)牙技術(shù)最大的意義是使其應(yīng)用超越個(gè)人設(shè)備，未來(lái)藍(lán)牙可以進(jìn)入到數(shù)字家庭領(lǐng)域。 

　　7．2 WLAN與UWB競(jìng)合發(fā)展。802．1ln技術(shù)開(kāi)始得到應(yīng)用  

　　WLAN的應(yīng)用已開(kāi)始從傳統(tǒng)的攜帶型計(jì)算機(jī)應(yīng)用向手機(jī)等領(lǐng)域擴(kuò)展，我們已經(jīng)明顯看到了802．1lb向802．11g過(guò)渡的步伐，對(duì)速度的追求也將推動(dòng)802．1ln標(biāo)準(zhǔn)盡快面市。 

　　近年來(lái)。WLAN在工業(yè)和物流、自動(dòng)化等領(lǐng)域都獲得了比較廣泛的發(fā)展。WLAN技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)日益成熟。WLAN發(fā)展的另一個(gè)典型是802．1ln的出現(xiàn)，其速率已經(jīng)超過(guò)了100Mbps，因此大大推動(dòng)了家庭聯(lián)網(wǎng)中的視頻傳輸應(yīng)用。此外，WLAN的Mesh技術(shù)在這兩年也迅速發(fā)展起來(lái)。大大擴(kuò)展了WLAN的覆蓋范圍。 

　　目前，國(guó)內(nèi)政府已對(duì)WLAN Mesh技術(shù)表示出極大興趣。希望通過(guò)Mesh實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的無(wú)線覆蓋。從局端到終端。WLAN的應(yīng)用范圍大有同時(shí)向上下兩個(gè)方向延伸的趨勢(shì)，特別是在短距離寬帶領(lǐng)域，802．1ln更是與UWB技術(shù)在今后存在共同爭(zhēng)奪家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用市場(chǎng)的可能。 

　　目前市場(chǎng)被802．1lb和802．1lg占領(lǐng)，而今明兩年，802．1la／g也有一定的市場(chǎng)，等到2009年，市場(chǎng)會(huì)被802．1lg和802．1ln占領(lǐng)。其中，802．1lg的成本很低，而802．11n是新一代速度更高的技術(shù)，從目前看，它已能滿足PC、手機(jī)和便攜電子三個(gè)市場(chǎng)的不同需求。而隨著越來(lái)越多的設(shè)備和產(chǎn)品使用2．4GHz波段．該波段中的沖突也不斷增