【正文】 電腦還在皮包里時(shí)收到了外來的電子郵件， 7 用戶的移動(dòng)電話就會(huì)發(fā)出聲音，提醒用戶“電腦收到了電子郵件”。 （ 6）各種家用設(shè)備的遙控和組成家電網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)時(shí)隙 對(duì)應(yīng)不同的跳頻頻率，在 ～ 頻段內(nèi)含有間隔為 1MHz 的 79 個(gè)跳頻載頻及一系列的跳頻序列。 （ 3） 分組傳輸方式 藍(lán)牙系統(tǒng)基于分組傳輸信息流被分成多個(gè)小組，每一個(gè)小組由地址、分組頭、有效數(shù)據(jù)組成，具有同一結(jié)構(gòu)地址碼為隨機(jī)編碼，具有隨機(jī)特性，只有地址碼相同的設(shè)備才可通信。 異步對(duì)稱數(shù)據(jù)傳送信道： 最 大 上 行 數(shù) 據(jù)速 率 為 、最 大 下 行 數(shù)據(jù) 速 率 也 為。第三類輸出功率為 1mW。各類家電信息產(chǎn)品只需多花幾美元就能連接成網(wǎng)，嵌入的藍(lán)牙模塊成本不高，甚至希望能低于 電纜和連接頭。 簡介 9 表 特性說明 特性 說明 物理層 頻段 速率 安全 吞吐量 范圍 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 直序擴(kuò)頻 (DSSS) 調(diào)頻擴(kuò)頻 (FHSS) 紅外 (IR) (ISM 頻段， 和 )， 5Ghz() 11Mbps， 2Mbps， () 55M( 和 ) 基于 RC4 的流加密算法，有限的密鑰管理 11M() 54M(， ) 室內(nèi) 100 米，室外 300 米左右 無需布線，使用靈活方便，產(chǎn)品已經(jīng)很多且成熟，價(jià)格已經(jīng)下降 安全方便比較差，吞吐量會(huì)隨著用戶的增多和距離的加大而下降 是美國電 氣 電子工程師協(xié)會(huì) IEEE（ Institute for Electrical and Electronic Engineers） 為解決無線網(wǎng)路設(shè)備互連，于 1997 年 6 月制定發(fā)布的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。它可以支持最高 11Mbps 的數(shù)據(jù)速率，運(yùn)行在 的 ISM 頻段上，采用的調(diào)制技術(shù)是 CCK。 與 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)， 的優(yōu)勢在于價(jià)格低廉 ,但速率較低（最高 11Mbps）；而 優(yōu)勢在于傳輸 速率快（最高 54Mbps）且受干擾少，但價(jià)格相對(duì)較高。該草案與以前的 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相比有以下兩個(gè)特點(diǎn)：其在 頻段使用 OFDM 調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到 20Mbps以上； 的 WIFI系統(tǒng)互相連通，共存在同一 AP 的網(wǎng)絡(luò) 里，保障了后向兼容性。每種技術(shù)皆有其特點(diǎn)，目前，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)正成為主流，而 OFDM 技術(shù)由于其優(yōu)越的傳輸性能成為人們關(guān)注的新焦點(diǎn)。起初，采用 IrDA 標(biāo)準(zhǔn)的無線設(shè)備僅能在 1m 范圍內(nèi)以 ／ s 速率傳輸數(shù)據(jù)，很快發(fā)展到 4Mb／ s 的速率，后來，速率又達(dá)到 16Mb／ s。 小結(jié) IrDA 的主要優(yōu)點(diǎn)是無需申請(qǐng)頻率的使用權(quán)，因而紅外通信成本低廉。 IrDA 的不足在于他是一種視距傳輸， 2 個(gè)相互通信的設(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn)，中間不能被其他物體阻隔，因而該技術(shù)只能用于 2 臺(tái)（非多臺(tái)）設(shè)備之間的連接。 家庭射頻（ HomeRF）標(biāo)準(zhǔn)是由 HomeRF 工作組開發(fā)的，旨在家庭范圍內(nèi)，使計(jì)算機(jī)與其他電子設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)無線通信的開放性工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 小結(jié) HomeRF 是對(duì)現(xiàn)有無線通信標(biāo)準(zhǔn)的綜合和改進(jìn)：當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，采用 規(guī)范中的 TCP/IP 傳輸協(xié)議；當(dāng)進(jìn)行語音通信時(shí)，則采用數(shù)字增強(qiáng)型無繩通信標(biāo)準(zhǔn)。 ZigBee 聯(lián)盟在制定 ZigBee 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采用了 作為其物理層和媒體接入層規(guī)范。 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)者必須是 FFD，它負(fù)責(zé)管理和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，包括路由、安全性、節(jié)點(diǎn)的附著與離開等。 （ 2）可靠性 信號(hào)在無線環(huán)境中傳輸，必然存在大尺度衰落、陰影衰落、多徑和干擾等問題。為抗干擾和多徑， ZigBee 在物理層采用直接序列擴(kuò)頻 DSSS 和頻率捷變 FA 技術(shù)。 14 ZigBee 的 MAC 信道接入機(jī)制有兩種：無信標(biāo)（ Beacon）模式和有信標(biāo)模式。 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)功率節(jié)省也有很重要的關(guān)系。可以應(yīng)用到以下領(lǐng)域：樓宇自動(dòng)化、工業(yè)監(jiān)視及控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、互動(dòng)玩具、醫(yī)療設(shè)備、消費(fèi)性電子產(chǎn)品、家庭自動(dòng)化以及其他一些傳感網(wǎng)絡(luò)。見表 所示。 窄帶，寬帶和超寬帶的比較 分類 信號(hào)帶寬 /中心頻率 窄帶 小于 1% 寬帶 大于 1%，并且小于 25% UWB 大于 25% 為探索 UWB 應(yīng)用于民用領(lǐng)域的可行性，自 1998 年起，美國聯(lián)邦通信委員會(huì) (FCC)開始在產(chǎn)業(yè)界廣泛征求意見。根據(jù) FCC Part15 規(guī)定， UWB 通信系統(tǒng)可使用頻段為～ 。 16 1 1 0 4 0 4 5 5 0 5 5 6 0 6 5 7 0 7 50 . 9 61 . 6 11 . 9 93 . 1 1 0 . 6G P S頻 率 （ G H z ）F C C 戶 內(nèi)P a r t 1 5UWB EIRP輻射值(dBm) 圖 FCC 對(duì)室內(nèi) UWB 系統(tǒng)的輻射限制 自 20xx 年至今，新技術(shù)和系統(tǒng)方案不斷涌現(xiàn)，出現(xiàn)了基于載波的多帶脈沖無線電超寬帶 (IRUWB)系統(tǒng)、基于直擴(kuò) 碼分多址 (DSCDMA)的UWB 系統(tǒng)、基于多帶正交頻分復(fù)用 (OFDM)的 UWB 系統(tǒng)等。因此，即使信噪比 SNR 很低， UWB 系統(tǒng)也可以在短距離上實(shí)現(xiàn)幾百兆至 1Gb/s 的傳輸速率。 (2)適合短距 離通信 按照 FCC 規(guī)定， UWB 系統(tǒng)的可輻射功率非常有限， ~頻段總輻射功率僅 ，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)。眾所周知，無線信道在不同頻段 表現(xiàn)出不同的衰落特性。同時(shí)，極低的輻射譜密度使 UWB 信號(hào)具有很強(qiáng)的隱蔽性，很難被截獲，這對(duì)提高通信保密性非常有利。無線信道的時(shí)間選擇性和頻率選擇性是制約無線通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。這將對(duì)接收機(jī)設(shè)計(jì)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。因此，可以大大降低系統(tǒng)復(fù)雜度，減小收發(fā)信機(jī)體積和功耗。對(duì)于 UWB 通信系統(tǒng)，成形信號(hào) g(t)的帶寬必須大于 500MHz，且信號(hào)能量應(yīng)集中于 ～ 頻段。 高斯單周脈沖 高斯單周脈沖即高斯脈沖的各階導(dǎo)數(shù) ,是最具代表性的無載波脈沖。按照 FCC 對(duì) UWB 的新定義，必須采用 4 階以上的亞納秒脈沖方能滿足輻射譜要求。此時(shí)，超寬帶信號(hào)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為低通脈沖設(shè)計(jì)，通過載波調(diào)制可以將信號(hào)頻譜在頻率軸上靈活地搬移。 若結(jié)合跳頻 (FH)技術(shù)，則可以方便地構(gòu)成跳頻多址 (FHMA)系統(tǒng)。結(jié)合多進(jìn)制脈沖調(diào)制可以有效地提高系統(tǒng)傳輸速率。與 Hermite 脈沖相比， PSWF 脈沖可以直接根據(jù)目標(biāo)頻段和帶寬要求進(jìn)行設(shè)計(jì)， 不需要復(fù)雜的載波調(diào)制進(jìn)行頻譜般移。在 UWB 系統(tǒng)中采用的調(diào)制方式可以分為兩大類：基于超寬帶脈沖的調(diào)制、基于 OFDM 的正交多載波調(diào)制。按照采用的離散數(shù)據(jù)符號(hào)狀態(tài)數(shù)可以分為二進(jìn)制 PPM(2PPM)和多進(jìn)制PPM(MPPM)。在OPPM 中，通常以脈沖寬度為間隔確定脈位。因此，PPM 是早期 UWB 系統(tǒng)廣泛采用的調(diào)制方式。在 UWB系統(tǒng)中，考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度和功率有效性，不宜采用多進(jìn)制 PAM(MPAM)。 (3)波形調(diào)制 波形調(diào)制 (PWSK)是結(jié)合 Hermite 脈沖等多正交波形提出的調(diào)制方 22 式。在脈沖寬度相同的情況下，可以達(dá)到比 MPPM 更高的符號(hào)傳輸速率。 (4)正交多載波調(diào)制 傳統(tǒng)意義上的 UWB 系統(tǒng)均采用窄 脈沖攜帶信息。由于具有頻譜利用率高、抗多徑能力強(qiáng)、便于DSP 實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)， OFDM 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播 (DAB)、數(shù)字視頻廣播 (DVB)、 WLAN 等無線網(wǎng)絡(luò)中，且被作為 B3G/4G 蜂窩網(wǎng)的主流技術(shù)。接收端利用與目標(biāo)用戶相同的跳時(shí)序列跟蹤接收。因此，如何選擇跳時(shí)序列是非常重要的問題。因此，在 DSCDMA 系統(tǒng)中需要進(jìn)行功率控制在 UWB 系統(tǒng)中 DSCDMA通常與 BPSK 結(jié)合。在 UWB 系統(tǒng)中，將～ 頻段分成若干個(gè)帶寬大于 500MHz 的子信道，根據(jù)用戶數(shù)量和設(shè)備復(fù)雜度要求選擇一定數(shù)量的子信道和跳頻碼解決多址問題。目前 ,PWDMA 僅限于理論研究，尚未進(jìn)入實(shí)用階段。 主要不足是發(fā)射功率過小限制了傳輸距離。 而紅外的最大缺點(diǎn)是只能進(jìn)行視距傳輸，即通信設(shè)備中間不能存在阻擋物，從而把 IrDA 應(yīng)用限制在特定領(lǐng)域之內(nèi)。在數(shù)據(jù)通信方面， UWB 技術(shù)可用于實(shí)現(xiàn) Adhoc網(wǎng)絡(luò)； UWB 也適用于短距離數(shù)字化的音視頻無線鏈接、短距離寬帶高速無線接入等相關(guān)民用領(lǐng)域。 UWB 技術(shù)一個(gè)介于雷達(dá)和通信之間的重要應(yīng)用是精確地理定位，例如使用 UWB 技術(shù)的能夠提供三維地理定位信息的設(shè)備。如果使用小型全向垂直極化天線或小型圓極化天線，其視距通信范圍可超過 2km。它能夠提供突發(fā)且高達(dá) 100Mbps 的信息服務(wù)，其信息內(nèi)容包括路況信息、建筑物信息、天氣預(yù)報(bào)和行駛建議，還可以用作緊急援助事件的通信。 家庭數(shù)字娛樂中心的概念是：將來你的住宅中的 PC、娛樂設(shè)備、智能家電和 Inter 都連接在一起，你可以在任何地方使用它們。 UWB 的發(fā)展前景 UWB 系統(tǒng)在很低的功率譜密度的情況下，已經(jīng)證實(shí)能夠在戶內(nèi)提供超過 480Mbps 的可靠數(shù)據(jù)傳輸。相信 UWB 技術(shù)，不僅為低端用戶所喜愛，且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，在軍事需求和商業(yè)市場的推動(dòng)下， UWB 技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展和成熟起來。如今，在曾經(jīng)需要使用 USB或 1394 電纜的任何地方，您都可以使用無線技術(shù)來作為替代。而且，沒有任何替代技術(shù)的競爭能對(duì) UWB 造成嚴(yán)重的威脅，那些替代技術(shù)只不過是些能夠運(yùn)送數(shù)據(jù)的“老車 破牛”，它們的速度只有 UWB的五分之一到百分之一。無線傳輸 數(shù)據(jù)量需求的日益增長以及無線電頻段的日益擁擠，促使我們不斷開發(fā)高速度低成本的無線通信技術(shù)，無疑 UWB 技術(shù)將在此方面一顯身手。 31 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