【正文】 () 其中 ,B(單位 :Hz)為信道帶寬 ,SNR 為信噪比。 20xx 年 2 月， FCC 批準(zhǔn) UWB 技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域，并對 UWB 進(jìn)行了重新定義，規(guī)定 UWB 信號為相對帶寬大于 20%或10dB 帶寬大于 500MHz 的無線電信號。 1989年，美國國防部高級研究計(jì)劃署 (DARPA)首先采用超寬帶這一術(shù)語，并規(guī)定：若信號在 20dB 處的絕對帶寬大于 或相對帶寬（ 信號帶寬與中心頻率之比 ）大于 25%，則該信號為超寬帶信號。 有信標(biāo)模式下，終端設(shè)備可以只在信標(biāo)被廣播時(shí)醒來，并偵聽地址，如果沒有偵聽到自己的地址，則又轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。 ZigBee 有三個(gè)工作頻段： ～ 、 868～ 、 902～928MHz，共 27 個(gè)信道。 ZinBee 技術(shù)特點(diǎn) (1)系統(tǒng)的復(fù)雜性 ZigBee 協(xié)議棧簡單，實(shí)現(xiàn)相對容易，需要的系統(tǒng)資源也較少，據(jù)估計(jì)運(yùn)行 ZigBee需要系統(tǒng)資源約 28Kb； ZigBee定義了兩種類型的設(shè)備：全 功 能 設(shè) 備 FFD(Full Functional Device ） 和 簡 化 功 能 設(shè) 備RFD(Reduced Function Device)。 HomeRF 采用了擴(kuò)頻技術(shù)，工作在 頻帶，能同步支持 4 條高質(zhì)量語音信道，但是 HomeRF 的傳輸速率只有 1M～ 2Mbps。由于數(shù)據(jù)傳輸率較高，適于傳輸大容量的文件和多媒體數(shù)據(jù)。 其工作頻帶為 ISM頻段 ,標(biāo)準(zhǔn)主要是制定物理層和媒體接入控制 (MAC)層的規(guī)范。 (3) 為了解決上述問題，為了進(jìn)一步推動(dòng)無線局域網(wǎng)的發(fā)展， 20xx 年 7月 工作組批準(zhǔn)了 標(biāo)準(zhǔn) 。 標(biāo)準(zhǔn)定義了單一的 MAC 層和多樣的物理層，其物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有 ,a 和 g。此三種模式分別是偵聽模式、保持模式和休眠模式，耗電分別按次序由大到小。支持 1/3 速率、 2/3 速率的前 向糾錯(cuò) (FEC)和自動(dòng)重傳請求(ARQ)，此兩種措施均能有效防止報(bào)頭出錯(cuò)。各國無線電管理機(jī)構(gòu)只是規(guī)定該頻段的帶外輻射和最大發(fā)射功率，產(chǎn)品只需滿足此規(guī)定，無需申請，便可使用。在會議中，“藍(lán)芽”技術(shù)可以迅速使自己的信息通過電腦、手機(jī)、 PDA 等供其他與會者共享。它可實(shí)現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)無線傳輸及進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。 當(dāng)以傳輸信號的載波頻率不同來區(qū)分信道建立多址接入時(shí)，稱為頻分多址方式 (FDMA)。 PN序列與二進(jìn)制或 M 進(jìn)制頻移鍵控結(jié)合時(shí)，隨機(jī)選擇發(fā)送信號的載波頻率，由此產(chǎn)生的信號稱為跳頻擴(kuò)頻 (FHSS)信號。 擴(kuò)頻技術(shù) 所謂擴(kuò)頻通信，是指發(fā)送端將待傳送數(shù)據(jù)用擴(kuò)頻碼調(diào)制實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展，再 進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健? 分集技術(shù) 分集技術(shù)是用來補(bǔ)償信道衰落影響的，它通常要通過兩個(gè)或更多的接收支路來實(shí)現(xiàn)。 調(diào)制技術(shù) 調(diào)制技 術(shù)就是對信號源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)男问降倪^程。 它不僅給人類社會帶來了極大的方便，也給人類社會創(chuàng)造了巨大的財(cái)富，同時(shí)也促進(jìn)了科技的發(fā)展。 近來人們常見的熱門話題中就包括無線局域網(wǎng)（ WLAN）、無線個(gè)域 2 網(wǎng) (WPAN)。人們希望通過一個(gè)小型的、短距離的無線網(wǎng)絡(luò)為移動(dòng)和商業(yè)用戶提供各種服務(wù) 。對這些短距離無線通信數(shù)據(jù)傳輸方法的發(fā)展必將更好地服務(wù)于人們的工作和生活，使通信變得更為便捷。這些技術(shù)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信。隨之而來的便攜式終端以及無線通信相關(guān)的新技術(shù)層出不窮，其中短距離無線通信技術(shù)的發(fā)展更是百花齊放、令人目不暇接。 從國際標(biāo)準(zhǔn)組織上看，我國不少高校和公司已經(jīng)成為超寬帶兩大陣營組織的成員，在 會議上，中國 UWB 論壇、北京郵電大學(xué)等甚至聯(lián)合意大利 CreateNet 公司向 提交了備選物理層方案。 3 第二章 無線傳輸技術(shù) 無線通信經(jīng)歷了從無到有，從簡單到復(fù)雜，從點(diǎn)對點(diǎn)通信到無線網(wǎng)絡(luò)通信，從低速數(shù)據(jù)報(bào)到高速多媒體通信等過程。數(shù)字基帶信號的調(diào)制方式有幅度鍵控 (ASK)、頻移鍵控 (FSK)、相移鍵控 (PSK)和正交幅度調(diào)制 (QAM)等。分集技術(shù)有多種，依信號的傳輸方式主要分為顯分集和隱分集；依分集的目的，還可分為宏分集和微分集。 擴(kuò)頻調(diào)制分為相移鍵控 (PSK)和頻移鍵控 (FSK)。一個(gè)信道只容納一個(gè)用戶進(jìn)行通話，許多同時(shí)通話的用戶，可以共享無線媒體，用某種方式可區(qū)分不同的用戶，這就是多址方式。 6 第三章 短距離無線通信數(shù)據(jù)傳輸方式 本章主要介紹幾種常見的短距離無線通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?，?目前使用較廣泛的藍(lán)牙 、 、 紅外、 HomeRF、 Zigbee 和 UWB 等 傳輸技術(shù) 進(jìn)行了詳 細(xì)的介紹 ，并分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)及技術(shù)比較。 （ 2）因特網(wǎng)橋?！八{(lán)芽”技術(shù)將數(shù)字相機(jī)中的圖像發(fā)送給其它的數(shù)字相機(jī)或者 PC 機(jī)、 PDA 等。 由于采用跳頻技術(shù)提高了設(shè)備抗干擾能力，便于疊區(qū)組網(wǎng)。第二類輸出功率為 。我們 應(yīng)該即要 看到藍(lán)牙的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)，也要看到藍(lán)牙的問題和不成熟度 。 (2) 10 工作 5GHz 頻段上，使用 OFDM 調(diào)制技術(shù)可支持 54Mbps的傳輸速率。其關(guān)鍵技 術(shù)大致有三種： DSSS、 CCK 技術(shù)， PBCC，和 OFDM。事實(shí)上，當(dāng)今每一個(gè)出廠的 PDA 及許多手機(jī)、筆記本電腦、打印機(jī)等 產(chǎn)品都支持 IrDA。 HomeRF 技術(shù) HomeRF 簡介 HomeRF 工作組是由美國家用射頻委員會領(lǐng)導(dǎo)、于 1997 年成立的，其主要工作任務(wù)是為家庭用戶建立具有互操作性的話音和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。 13 工作組定義了一種廉價(jià)的供固定、便攜或移動(dòng)設(shè)備使用的極低復(fù)雜度、成本和功耗的低速率無線連接技術(shù)。從這一點(diǎn)來說， ZigBee 非常適合有大量終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，如傳感網(wǎng)絡(luò)、樓宇自動(dòng)化等。在一個(gè)典型的 ZigBee 傳感網(wǎng)絡(luò)中，一塊普通堿性電池可以供 ZigBee 設(shè)備工作六個(gè)月到兩年！下面討論 ZigBee 獲得低功耗的方法。 小結(jié) 由于 ZigBee 具有功耗極低、系統(tǒng)簡單、成本低、低等待時(shí)間(Latency Time)和低數(shù)據(jù)速率的性質(zhì)，它非常適合有大量終端設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)?？梢?,UWB 是指具有很高帶寬比 (射頻帶寬與其中心頻率之比 )的無線電技術(shù)。當(dāng)前，人們所說的 UWB 是指 FCC 給出的新定義。理論研究表明，基于 UWB 的 WPAN 可達(dá)的空 17 間容量比目前 WLAN 標(biāo)準(zhǔn) 高出 1～ 2 個(gè)數(shù)量級。因此， UWB 系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)有著良好的共存性，這對提高日益緊張的無線頻譜資源的利用率是非常有利的。但 UWB 信號極高的多徑分辨力也導(dǎo)致信號能量產(chǎn)生嚴(yán)重的時(shí)間彌散 (頻率選擇性衰落 )，接收機(jī)必須通過犧牲復(fù)雜度 (增加分集重?cái)?shù) )以捕獲足夠的信號能量。通信系統(tǒng)的工作頻段、信號帶寬、輻射譜密度、帶外輻射、傳輸性能、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度等諸多因素都取決于 g(t)的設(shè)計(jì)。 早期 UWB 系統(tǒng)采用 1 階、 2 階脈沖，信號頻率成分從直流延續(xù)到2GHz。通過調(diào)整載波頻率 cf 可以使信號頻譜在 ～ 范圍內(nèi)靈活移動(dòng)。 PSWF 正交脈沖 PSWF 脈沖是一類近似的“時(shí)限 帶限”信號，在帶限信號分析中有非常理想的效果。 UWB 調(diào)制技術(shù) (1)脈位調(diào)制 脈位調(diào)制 (PPM)是一種利用脈沖位置承載數(shù)據(jù)信息的調(diào)制方式。 PPM 的優(yōu)點(diǎn)在于：它僅需根據(jù)數(shù)據(jù)符號控制脈沖位置，不需要進(jìn)行脈沖幅度和極性的控制，便于以較低的復(fù)雜度實(shí)現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)。與 2PPM 相比，在輻射功率相同的前提下 BPSK 可以獲得更高的傳輸可靠性，且輻射譜中沒有離散譜線。因此，在實(shí)際系統(tǒng)中較少使用，目前僅限于理論研究。在每個(gè)碼片時(shí)隙內(nèi)可以采用 PPM 調(diào)制或 BPSK 調(diào)制。但由于用戶擴(kuò)頻序列之間存在互相關(guān)，遠(yuǎn)近效應(yīng)是限制其性能的重要因素。每個(gè)用戶分別使用一種或幾種特定的成形脈沖，調(diào)制方式可以是 BPSK、PPM 或 PWSK。 HomeRF 技術(shù) 并 沒有完全公開，目前只有幾十家小企業(yè)支持，在抗干擾等方面相對應(yīng)其他技術(shù)而言尚有欠缺，因此它的應(yīng)用前景還不是十分明朗。下面對兩個(gè)重要應(yīng)用展開論述。目前其主要商業(yè)用途之一為路旁信息服 務(wù)系統(tǒng)。從前面對 UWB 的技術(shù)特點(diǎn)來看， UWB 技術(shù)無疑是一個(gè)很好的選擇。 UWB 將宣告一個(gè)便利和自由的新時(shí)代。 通過對這 幾種常見的短距離無線通信數(shù)據(jù)傳輸方法的研究可知，超寬帶無線通信技術(shù) (UWB)在近距離無線傳輸方面優(yōu)于其它的無線通信技術(shù)。柏老師淵博的知識、深刻的洞察力、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、嚴(yán)謹(jǐn)勤奮的工作作風(fēng)、平易近人的態(tài)度以及正直的人格魅力和要求我們不斷創(chuàng)新的風(fēng)格給我留下了深刻印象，使我在做人、做事方面受益匪淺，永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的楷模 !在此，謹(jǐn)向柏老師表示最誠摯的謝意和最崇高的敬意。家庭無線網(wǎng)絡(luò)將是 UWB 的主流市場，以 UWB 為物理基礎(chǔ)的傳感器網(wǎng)絡(luò) (sensor work)將成為未來泛網(wǎng) (Ubiquitous work)的重要組成部分。例如，袖珍 DVD 播放器可以將其內(nèi)容廣播到掛在墻上的平板顯示器上。與當(dāng)前流行的短距離無線通信技術(shù)相比， UWB 具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢，最大可以提供高達(dá) 1000Mbps以上的傳輸速率。 UWB 第二個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是家庭數(shù)字娛樂中心。該系統(tǒng)由無線UWB 塔標(biāo)和無線 UWB 移動(dòng)漫游器組成。 ZigBee 具有功耗極低、 系統(tǒng)簡單、成本低、低等待時(shí)間 (Latency Time)和低數(shù)據(jù)速率的性質(zhì)，它非常適合于低功耗、低數(shù)據(jù)速率的監(jiān)視、傳感網(wǎng)絡(luò)。 傳輸方式比較 以上幾種傳輸方式的總體比較如表 所示： 24 圖 幾種傳輸技術(shù)的比較 Bluetooth HomeRF UWB ZigBee IrDA 發(fā)起時(shí)間 1998 年 1998 年 1998 年 1998 年 1960 年 20xx 年 1993 年 傳輸速率 11Mbps 54Mbps 1Mbps 1~2Mbps 500Mbps 250kbps 16Mbps 通信距離 100m 10~100m 10m 50m 10m 10~75m 20cm~ 使用頻段 ~GHz 帶寬 11Mbps 54Mbps 1Mbps 1~2Mbps可增至11mbps 500Mbps ~ 1~4Mbps 功耗 高 高 低 高 最低 低 較低 應(yīng)用支持 數(shù)據(jù)、圖像 語音、數(shù)據(jù)、圖像 音頻、數(shù)據(jù) 語音 、數(shù)據(jù) 語音、數(shù)據(jù) 報(bào)警器 數(shù)據(jù) 應(yīng)用范圍 無線局域網(wǎng) 無線局域網(wǎng) 計(jì)算機(jī)家庭和辦公室設(shè)備互連 家庭語音和數(shù)據(jù)流 近距離多媒體 家庭控制和工業(yè)自動(dòng)化 透明可見近距離范圍內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸 終端類型 筆記本，臺式電腦，掌上電腦和因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 筆記本，臺式電腦，掌上電腦和因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 筆記本，移動(dòng)電話，掌上電腦和移動(dòng)設(shè)備 筆記本，無繩電話，無線音響，移動(dòng)設(shè)備 無線電視， DVD,高速因特網(wǎng)網(wǎng)關(guān) 傳感器，遙控器，監(jiān)控系統(tǒng) 筆記本，受機(jī)，打印機(jī) 25 通過對這幾種 短距離無線通信技術(shù) 技術(shù)的比較， UWB技術(shù)優(yōu)勢較明顯， UWB具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢 。 (3)跳頻多址 跳頻多址 (FHMA)是結(jié)合多個(gè)頻分子信道使用的一種多址方式，每個(gè)用戶利用專用的隨機(jī)跳頻碼控制射頻頻率合成器，以一定的 跳頻圖案周期性地在若干個(gè)子信道上傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)調(diào)制在基帶完成。 由于用戶跳時(shí)碼之間具有良好的正交性，多用戶脈沖之間不會發(fā)生沖突，從而避免了多用戶干擾。