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)在雷達等通信設(shè)備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展，人們對高速無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是指信號帶寬大于50oMHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25％的無線通信方案。與常見的使用連續(xù)載波通信方式不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通信的同時，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，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲．因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無線電設(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．它有望在無線通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點如下：  

　　(1)抗干擾性能強：UWB采用跳時擴頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號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)速率可以達到幾十Mbit／s到幾百Mbit／s，有望高于藍牙100倍。  

　　(3)帶寬極寬：UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個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)同時工作而互不干擾。  

　　(4)消耗電能少：通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時需要連續(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：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(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)的接收機無法接收。  

　　(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)射功率就能實現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時問。  

　　(7)成本低，適合于便攜型使用：由于UWB技術(shù)使用基帶傳輸，無需進行射頻調(diào)制和解調(diào)，所以不需要混頻器、過濾器、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)簡化，成本大大降低，同時更容易集成到CMOS電路中。 

　　由于UWB具有廣闊應(yīng)用前景，在標(biāo)準(zhǔn)制定上競爭激烈。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。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1 GHz的頻帶內(nèi)用極短的時間脈沖發(fā)送數(shù)據(jù)，其優(yōu)勢是硬件簡單，頻譜利用率高。OFDM方案需建立一個子信道化UWB系統(tǒng)，每個子信道采用正交頻分復(fù)用方式，優(yōu)勢是抗ISI(符號問干擾1能力強，但硬件相對復(fù)雜。雖然前段時間有消息說兩大陣營要和解，標(biāo)準(zhǔn)之爭改成兼容性的討論，但并沒有看到實際行動。毫無疑問，兩陣營之爭不僅沒有停止，反而會進一步升級，成為事實標(biāo)準(zhǔn)、贏得市場占有率是他們的努力目標(biāo)。 

　　6 射頻識別(RFID)技術(shù) 

　　射頻識別技術(shù)fRadio Frequency Identification-RFID)是從20世紀(jì)80年代走向成熟的一項自動識別技術(shù)。它利用射頻信號通過空間耦合f交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。RFID技術(shù)無須精確定位，就可以大批量地對數(shù)據(jù)進行實時采集，實時傳遞，實時核對、更新，避免人為操作中的錯掃、漏掃、重掃等差錯。 

　　和傳統(tǒng)的條形碼相比．RFID可以突破條形碼須人工掃描、一次讀一個的限制．實現(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)，實現(xiàn)長距離的讀取，同時讀取多個卷；還具有實時追蹤、重復(fù)讀寫及高速讀取的優(yōu)勢，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)用于需要較長的讀寫距離和高讀寫速度的場合．其天線波束方向較窄且價格較高，在火車監(jiān)控、高速公路收費等系統(tǒng)中應(yīng)用。 

　　RFID系統(tǒng)因應(yīng)用不同其組成會有所不同，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)簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與讀寫設(shè)備進行數(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，有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發(fā)模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機的讀寫命令傳送到電子標(biāo)簽，再把從主機發(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。數(shù)據(jù)交換與管理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)信息的存儲及管理、對卡進行讀寫控制等。其工作原理為：當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的物品在讀寫器的可讀范圍時，讀寫器發(fā)出的查詢信號將會激活標(biāo)簽，標(biāo)簽根據(jù)接收到的查詢信號要求反射信號，讀寫器接收到標(biāo)簽反射回的信號后，經(jīng)過內(nèi)部電路的解碼處理可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。然后進一步通過計算機及計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。 

　　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個范圍：低頻(30～300kHz)、高頻(3～30MHz)和超高頻f300MHz～3GHz)。常見的工作頻率有低頻125kHz與134．2kHz、高頻13．56MHz、超高頻433MHz、86o～930MHz、2．45GHz等。 

　　近年來。隨著通信、微電子、計算機和網(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)造一個實現(xiàn)全球物品、人員信息實時共享的“物聯(lián)網(wǎng)”。其廣泛的應(yīng)用將深刻地影響我們的社會形態(tài)，極大地提升整個社會的信息化水平，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟增長的質(zhì)量。 

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

　　在短距離無線通信領(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；藍牙擁有QoS，可作為語音與數(shù)據(jù)資料傳輸之用；ZigBee傳輸速率雖低，但適合應(yīng)用在感測與控制場合，搭配低價與耐用之特性，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。各種短距離無線通信技術(shù)如藍牙、WLAN、UWB、Zigbee和RFID等技術(shù)因其各自不同的技術(shù)特點，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的趨勢使得它們找到了更強勁的發(fā)展“支點”． 

　　7．1 藍牙與WLAN、UWB加快共存  

　　隨著藍牙與無線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)應(yīng)用的普及，其共存問題成為業(yè)界關(guān)注的焦點。國際芯片大廠透過自行開發(fā)與持續(xù)購并，目前幾乎均掌握了WLAN與藍牙的產(chǎn)品線，開始同時布局WLAN與藍牙芯片，未來也將進一步尋求整合。 

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

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

　　藍牙專業(yè)工作小組SIG與超寬帶開發(fā)者合作來整合這兩種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。去年兩者之間的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議就已出爐。今年則會有整合性的產(chǎn)品問世。此舉對藍牙技術(shù)最大的意義是使其應(yīng)用超越個人設(shè)備，未來藍牙可以進入到數(shù)字家庭領(lǐng)域。 

　　7．2 WLAN與UWB競合發(fā)展。802．1ln技術(shù)開始得到應(yīng)用  

　　WLAN的應(yīng)用已開始從傳統(tǒng)的攜帶型計算機應(yīng)用向手機等領(lǐng)域擴展，我們已經(jīng)明顯看到了802．1lb向802．11g過渡的步伐，對速度的追求也將推動802．1ln標(biāo)準(zhǔn)盡快面市。 

　　近年來。WLAN在工業(yè)和物流、自動化等領(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)展的另一個典型是802．1ln的出現(xiàn)，其速率已經(jīng)超過了100Mbps，因此大大推動了家庭聯(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。大大擴展了WLAN的覆蓋范圍。 

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

　　目前市場被802．1lb和802．1lg占領(lǐng)，而今明兩年，802．1la／g也有一定的市場，等到2009年，市場會被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、手機和便攜電子三個市場的不同需求。而隨著越來越多的設(shè)備和產(chǎn)品使用2．4GHz波段．該波段中的沖突也不斷增