UWB超宽带技术应用Bluetooth的可行性分析

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1、UWB 超宽带技术应用 Bluetooth 的可行性分析UWB （超宽带）技术是1993年提出来的全新无线电技术， 被认为是无线电技术的革命性发展。它与其他技术比有很大的不 同，不需要使用载波。依靠持续的、时间非常短的基带脉冲信号 传输数据，因此占用的频带很宽达到了几个GHz,现在正成为无 线通信研究的热点。Bluetooth （蓝牙技术）是1985年爱立信、 IBM、英特尔、诺基亚等几家公司联合制定的近距离无线通信技 术标准。 Bluetooth 自提出以来,在几年之内风靡全球。目前, 全球已有2000多家商用企业推出了 Bluetooth芯片、Bluetooth 平台、应用程序、测试设备等

2、产品。随着通信技术的进一步发展, UWB应用于下一代Bluetooth将成为一大亮点，下面就简要阐述 其可行性。2、二者技术的相似性2.1 同是短距离通信Bluetooth是一种微型网络，一个Bluetooth设备在10m的 范围内感应到另一个 Bluetooth 设备时。它们自动在两者之间建 立连接。这个连接被称为微网（ Piconet ,更具体地说是一种个 人区域网（PAN）。在微网中，一个Bluetooth设备被认定为主设 备,另一个设备或者是任何后续设备（最多八个设备）被认定为 从设备。主设备控制通信,包括两个设备之间任何所需要的数据 传输。UWB的有效传输距离是10m，属于近距离多媒

3、体通信，这 一点上二者几乎没有任何差别。2.2 同是扩谱通信Bluetooth 使用了扩谱通信中的跳频方案，发射机每隔一段 时间就从一个频率跳到另一个频率，不断搜寻干扰比较小的信道 接收机以频率跟踪的方式进行接收。跳领的频率根据发射机内部 产生的伪随机数而定。在 UWB 中，当采用多脉冲调制时，把传输 相同信息的多个脉冲称为一组脉冲，多脉冲调制过程可以分两步 第一步为每组脉冲内部单个脉冲的调制；第二步为每组脉冲作为 整体被调制。在第一步中，每组脉冲内部的单个脉冲通常采用 PPM （脉冲位置）调制；在第二步中，每组脉冲作为整体通常可 以采用PAM（脉冲幅度）、PPM调制。一般把第一步称为扩谱，而

4、 把第二步称为信息调制。在第一步中，把 PPM 称为跳时扩谱（TH-SS），即每组脉冲内部的每一个脉冲具有相同的幅度和极性, 但具有不同的时间位置；在第二步中，根据需要传输的信息比特， PAM同时改变每组脉冲的幅度，PPM同时调节每组脉冲的时间位 置。这样，把第一步和第二步组合起来就可以得到多脉冲调制技 术如 DS-SS PPM、TH-SS PAM、DS-SS PAM 等。2.3 同是低成本、低功耗Bluetooth 在定义时以轻、薄、小为目标，发展用于互连小 型设备及其外设，它的市场目标就是移动笔记本、移动电话、小 形的 PDA 以及他们的外设，因而要求 Bluetooth 芯片小体积、低

5、功耗，以便集成到小型便携设备中。它的输出功率有 1毫瓦，成 本也在几美元左右。UWB是不使用载波传输的无线通讯技术，又由于UWB直接釆 用二进制的传输方式，因此可将零组件大幅减少为四个（射频、 基频、天线、内建的轫体与通讯协议），而且UWB的射频收发器 架构很简单，UWB的芯片不需经过RF/IF的转换步骤，不需要本 地振荡源、混波器，以及 802.11x 常用的超外差所需额外的表面 声波滤波器。除此之外，也可将射频设计成不需要功率放大器， 同时也可以使用CMOS制成，因此具备低成本的芯片结构。也正 是 UWB 有这些结构上的特点，一般来说它的功耗都不超过 200 微瓦，即可进行高速传输，甚至还

6、有厂商宣称其UWB芯片耗电量 仅50 100微瓦，极为省电。因此二者都符合低成本、低功耗的 特点。而Bluetooth釆用了 UWB技术之后，功耗还可以大幅度降 低。3、UWB 弥补 Bluetooth 不足3.1 增强抗干扰目前，业界的趋势转向在无线个人局域网（WPAN ）中采用 Bluetooth1.O 标准，为诸如打印和 PDA 同步这样的低速率应用 定义了最有效率的短程信令机制。BluetoothlO标准和802llb 可能将首先在用于企业和家庭网络环境的笔记本电脑上得到实 现。但在目前的标准下，在同一环境中使用2. 45GHz频段的WLAN （80211b ）和Bluetooth，尤

7、其当二者相距较近常常会发生相 互干扰使数据传输速度降低。 Bluetooth 信道经常从不同的频隙 跳到80211b信号上，干扰80211b信号，并阻止信息包的发送。当信息包被“破坏”后，发射系统因不能收到确认信息，就会重 新发送，这就导致信息吞吐量的下降。如果802llb信号特别弱， 而Bluetooth信号又特别强，80211b信号上的噪声可能会导致 连接中断。Bluetooth对80211b的干扰强于80211b对它的干 扰。现在要消除这样的干扰得不断完善 Bluetooth 协议标准。由于UWB的脉冲非常短（01ns1. 5ns ）,频谱非常宽（数 GHz,可超过10GHz ）,能避免

8、多路径传输的讯号干扰问题，因此 采用UWB的Bluetooth与其它无线通讯技术（移动电话、80211x、 微波等等）间产生干扰的可能性大幅降低。32 提高传输数率目前，Bluetooth只能达到数据传输率1Mb/s，实现了语音 和数据的传输,远远不能满足将来的流媒体高速率的要求。而现 在许多 UWB 厂商的第一代技术都可达到 100Mbps 的速率，已开始 研发的第二代UWB可达数百Mbps甚至可以达到更高的速率，采 用UWB的下一代Bluetooth,到时就可满足高容量的多媒体串流 传输应用。33 增加安全性Bluetooth 提供短距离的 对等通信， 同其他技术比， Bluetooth信

9、号很容易被窃取，所以需要Bluetooth协议提供的 认证和加密。 UWB 的脉冲非常短（通常不超过十亿分之一秒）， 因此在极广的频段间传输时，非常难以被侦测。同时其收发器之 间由事先确认的辨识方式进行转换，接收端必须知道传送端的脉 冲序列(Pulse Sequence ),方能正确收到讯号，因此具备高度 的安全性。Bluetooth在釆用UWB的物理层后，它将更加安全地 传输。3.4 提高 QoSUWB 系统具备良好的时间解析能力，使其能发展出精确的测 距能力与定位功能，因此过去军方即将其用在雷达的侦测系统上 而定位能力精确为 UWB 独到之处，使其可以将通讯与距离侦测进 行结合。在商业用途

10、上，精准的定位功能应用于 Bluetooth 追踪 定位，更能最大程度地提高连接性能和服务质量( QoS 。4、频段分析从频段上看，UWB的可用频段为3.1GHz 10. 6GHz , Bluetooth使用的是2.4 GHz 2.4835 GHz的工业、科研、医疗 (ISM )全球通自由频段，在世界上绝大部分国家无需申请无线 电执照或许可证，使旅行者随时随地毫无障碍地使用 Bluetooth 设备。二者频段相隔还有一定差距，将来Bluetooth把UWB作为 的物理层其频段可能还有进一步的改动和扩展空间。5、结语从以上分析得知， UWB 应用于下一代 Bluetooth 是切实可行 的。但是要修改 Bluetooth 技术的物理层标准，不过融合这两项 技术还需要时间。另外， UWB 也面临着许多挑战，还有许多技术 问题要研究解决：诸如需要更好地理解 UWB 传播信道的特点，建 立信道模型，解决多经传播等问题；需要进一步研究高速脉冲信号的生成、处理等技术；还有高速脉冲收发电路的设计与实现， 如高精度的匹配滤波、UWB天线、板上微控制器噪声的处理等; 研究新的调制技术，进一步降低收发机结构的复杂度，等等，相 关 型 号 资 料 ： BFP420E6700HI9P5043-5 CXD2485AR-T41571541-1 93PR100KLF