1、UWB与蓝牙概述,一、什么是UWB,UWB(Ultra-Wide band)技术也被称之为“超宽带”，又称冲激无线电（Impulse Radio）技术。UWB与现有的无线技术的显著不同是不需要使用载波，而是通过发送纳秒级脉冲来传输数据，而且信号传输时的功耗仅有几十W。凡是所用带宽与中心工作频率之比大于的 25%或者是绝对带宽大于 1.5G 赫兹的信号，就被称之为“超宽带”。,什么是蓝牙,蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能
2、够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。,二、UWB历史概述,UWB出现于1960年代，但其应用一直仅限于军事、灾害救援搜索雷达定位及测距等方面。2002年2月，这项无线技术首次获得了美国联邦通信委员会（FCC）的批准用于民用和商用通信，这项技术的市场前景开始受到世人的瞩目。自1998年起，FCC对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题开始广泛征求业界意见，在有美国军方和航空界等众多不同意
3、见的情况下，FCC仍开放了UWB技术在短距离无线通信领域的应用许可，这充分说明此项技术所具有的广阔应用前景和巨大的市场诱惑力。UWB在保证了高数据速率传输的同时解决了移动终端的功耗问题。因此它被认为是对目前被炒得沸沸扬扬的无线互联（Wi-Fi）技术最具威胁的技术。,蓝牙的起源,蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王 Harald Blatand,Blatand 在英文里的意思可以被解释为 Bluetooth(蓝牙)因为国王喜欢吃蓝梅，牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后，
4、有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。,三、UWB技术理论,发射端将比特符号通过数字滤波器进行脉冲整形，然后转换成模拟信号发射出去；接收信号依次通过低噪声放大器（LAN）、可变增益放大器（VGA）和ADC后成为离散信号，接下来就可用 DSP技术实现信号检测、估计、分集接收、判决译码等处理。,目前产生脉冲信号源的方法有两类:（1）光电方法（2）电子方法UWB的调制技术:（1）脉冲幅度调制(PAM)（2）脉冲位置调制(PPM),蓝牙调制方式,GFSK（载波向上频移157kHz表示“1”，向下频移157kHz表示“0”，速率是1Mbit/s）BT=0.5（0.5是将数据滤波器的-3d
5、B带宽设定在500kHz，可以限制射频占用的频谱）调制指数=0.28-0.35采用跳频技术1600H/s，T=625s采用时分复用多路访问技术(TDD)语音信道采用连续可变斜率增量调制（CVSD）,数据速率：1MBit/s gross分组交换或电路交换模式异步数据和同步语音功率：Class 1:+20dBm(with PA)Class 2:+4dBm（-6-+4dBm）Class 3:0dBm,四、UWB主要特点,与蓝牙和WLAN等带宽相对较窄的传统无线系统不同，UWB不利用余弦波进行载波调制而是发送许多小于1ns的脉冲。因此这种通信方式具有较宽的频谱、较低的功率、脉冲化数据，这意味着UWB引
6、起的干扰小于传统的窄带无线解决方案，并能够在室内无线环境中提供与有线相媲美的性能。UWB具有以下特点：,UWB主要特点：（1）抗干扰性能强（2）带宽极宽（3）消耗电能小（4）保密性好（5）发送功率非常小,抗干扰性能强,UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与IEEE80211a、IEEE80211b和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。传输速率高。UWB的数据速率可以达到几十Mbits到几百Mbits，有望高于蓝牙100倍，
7、也可以高于IEEE80211a和IEEE80211b。,带宽极宽,UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。,消耗电能小,通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。,保密性好,UWB保密性表现在两方面。一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收
8、。,发送功率非常小,UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。,蓝牙技术的特点,蓝牙是一种短距无线通信的技术规范，它最初的目标是取代现有的掌上电脑、移动电话等各种数字设备上的有线电缆连接。在制定蓝牙规范之初，就建立了统一全球的目标，向全球公开发布，工作频段为全球统一开放的2.4GHz工业、科学和医学（Industrial,ScientificandMedical,ISM）频段。从目前的应用来看，由于蓝牙体积小、功率低，其应用已不局限于计算机外设，几乎可以被集成到任
9、何数字设备之中，特别是那些对数据传输速率要求不高的移动设备和便携设备。蓝牙技术的特点可归纳为如下几点：,很好的抗干扰能力和安全性,可建立临时对等连接,全球范围适用,同时传输语音数据,近距离通信,功耗低体积小,蓝牙技术特点,蓝牙工作在2.4GHz的ISM频段，全球大多数国家ISM频段的范围是2.4-2.4835GHz。,蓝牙采用电路交换和分组交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道以及异步数据与同步语音同时传输的信道。,主设备是组网连接主动发起连接请求的蓝牙设备，几个蓝牙设备连接成一个皮网（Piconet）时，其中只有一个主设备，其余的均为从设备。,蓝牙采用了跳频（FrequencyHoppin
10、g）方式来扩展频谱，抵抗来自这些设备的干扰。提供了认证和加密功能，以保证链路级的安全。,蓝牙设备在通信连（Connection）状态下，有四种工作模式：激活（Active）模式，呼吸（Sniff）模式保持（Hold）模式，休眠（Park）模式，Active模式是正常的工作状态，另外三种模式是为了节能所规定的低功耗模式。,蓝牙技术通信距离为10m,可根据需要扩展至100m，以满足不同设备的需要。,五、UWB应用领域,UWB 的应用领域非常广泛，主要有以下领域：高速WPAN中的应用低速WPAN中的应用军用领域精确定位业务,高速WPAN中的应用,高速WPAN的主要目标是解决个人空间内各种办公设备及消
11、费类电子产品之间的无线连接，以实现信息的快速交换、处理、存储等，其应用场合包括办公室、家庭。个人空间内的设备类型非常丰富，大体分为三大类：电脑及其外围设备、家用音视频娱乐设备、便携式终端。这些设备大部分对通信速率和实时性要求很高，当前它们之间主要通过通用串行总线(USB)、1394总线等高速总线进行连接，通信速率高达几十兆比特每秒至几百兆比特每秒。采用UWB技术为这些设备提供高速无线连接将是比较理想的解决方案，配合上层协议灵活地改变网络拓扑，既可以实现点对点连接，也可以实现多个设备互联。下面给出几个应用实例：,家庭多媒体应用随着技术的不断进步，家用电器的范畴不断扩大，家用电器向数字化、智能化、
12、网络化的方向发展，其中音视频娱乐设备最为普及。利用UWB技术为这些设备提供高速无线连接，无需使用电缆即可建立家庭多媒体网络。各种设备在小范围内组成自组织式的网络，相互传送多媒体数据，并可以通过安装在家中的宽带网关接入因特网，包括机顶盒、DVD和数码摄像机与数字电视的无线连接，数码照相机与电视机、打印机之间的连接等。,计算机桌面应用在计算机桌面上，汇聚了个人PC/手提电脑及键盘、显示器、扬声器、打印机、扫描仪、鼠标、移动硬盘等一系列外部设备。当前，电脑与各种外设之间通过错综复杂的线路相互连接。如果采用UWB技术将它们以无线的方式连接起来，则将改善线路连接情况。用户甚至没有必要将所有这些设备都放置
13、在同一个桌面或房间内，每种设备可以被自由地移动位置。这类应用一般只需要支持24m的传输距离，但速率要求可以从几万比特每秒至几百兆比特每秒。,多媒体会议应用UWB技术还可应用于会议室等场所。参会人员坐在会议室中，能够利用自己的便携式电脑组建临时性的自组织网络。大家既可以自由地交换各种信息，也可以共享带有图像和音频的演示文档，还可以方便地共享投影仪、打印机等设备。,低速WPAN中的应用,低速WPAN的主要应用包括家庭自动化、资产跟踪、工业控制、医疗监护、安全与风险控制等。这类应用对传输速率要求较低，通常为几千比特每秒至几万比特每秒，但它们对成本和功耗的要求很高，在很多应用中还要求提供精确的距离或定
14、位信息。,低速WPAN的应用很多可以归纳到无线传感器网络(WSN)的范畴。WSN在工业监测、环境监测、智能交通、家庭安全等方面具有广泛的应用前景。每个WSN由大量带有无线网络功能的独立传感器节点构成，多个传感器节点以无线的形式组成网络，彼此通信和交换各种信息。WSN在网络结构上通常采用自组织的形式，网络拓扑具有随机变化的特点，节点信息往往需要通过中间节点进行多次转发才能到达目的节点。因此，WSN中的路由问题相当重要，若将各节点的地理位置信息作为路由计算的辅助信息，将很大程度上简化路由算法，降低能量消耗。对某些特定应用，如资产跟踪、人员跟踪、家庭安全等，位置信息是最为关键的信息。因此，精确的测距
15、和定位功能对这些应用非常重要。UWB具有功耗低、复杂度低、定位精度高的特点。因此，在WSN中采用UWB作为无线连接手段，不但可以满足低成本、低功耗的要求，同时可以提供非常精确的定位信息。,军用方面,主要应用于UWB雷达、UWBLPID无线内通系统（预警机、舰船等）、战术手持和网络的PLID电台、警戒雷达、UAVUGV数据链、探测地雷、检测地下埋藏的军事目标或以叶簇伪装的物体。,精确定位业务,UWB 定位系统具备为实时的室内外精确跟踪能力，定位精度可以到几个厘米。UWB 在室内精确定位方面将会对 GPS 起到一个很好的补充作用。,蓝牙技术的应用领域,蓝牙应用在手机、PDA和笔记本电脑。篮牙技术构
16、成的电子钱包和电子锁。篮牙系统嵌入微波炉、洗衣机、电冰箱、空调机等传统家用电器。,手机、笔记本,电子钱包和电子锁,篮牙构成的无线电电子锁比其它非接触式电子锁或IC锁具有更高的安全性和适用性。各种无线电遥控器(特别是汽车防盗和遥控)比红外线遥控器的功能更强大,在餐馆酒楼用膳时菜单的双向无线传输或招呼服务员提供指定的服务将更为方便等等。在超市购物时，当你走向收银台时，蓝牙电子钱包会发出一个信号，证明您的信用卡或现金卡上有足够的余额。因此,您不必掏出钱包便可自动为所购物品付款。然后收银台会向您的电子钱包发回一个信号，更新您的现金卡余额。利用这种无线电子钱包，可轻松地接入航空公司、饭店、剧场、零售商店
17、和餐馆的网络，自动办理入住、点菜、购物和电子付帐。,传统家电,网络微被炉应该能够存储许多微波炉菜谱，同时还应该能够提高通过生产厂家的网络或烹调服务中心自动下载新菜谱；网络冰箱能够知道自己存储的食品种类、数量和存储日期，可以提醒存储到期和发出存量不足的警告,甚至自动从网络订购;网络洗衣机可以从网络上获得新的洗衣程序。带蓝牙的信息家电还能主动向网络提供本身的一些有用信息,如向生产厂家提供有关故障并要求维修的反馈信息等。蓝牙信息家电是网络上的家电，不再是计算机的外设，它也可以各自为战,提示主人如何运作。我们可以设想把所有的蓝牙信息家电通过一个遥接器来进行控制。这一个遥控器不但可以控制电视、计算机、空
18、调器,同时还可以用作无绳电话或者移动电话，甚至可以在这些蓝牙信息家电之间共享有用的信息，比如把电视节目或者电话语音录制下来存储到电脑中。,六、UWB与蓝牙对比,传输4G内容所用的时间,每Mb数据传输功耗UWB是最低的,与当前流行的短距离无线通信技术蓝牙相比，UWB 具有巨大的数据传输速率优势，最大可以提供高达1000Mbps 以上的传输速率。UWB技术在无线通讯方面的创新性、利益性已引起了全球业界的关注。与蓝牙等无线通信相比，UWB 可以提供更快、更远、更宽的传输速率，越来越多的研究者投入到UWB 领域。UWB技术在一些高端技术领域即在军事需求和商业市场的推动下，UWB 技术将会进一步发展和成熟起来。UWB真的会取代蓝牙技术吗？至少从目前来看，答案是否定的。,首先、两者的应用领域不尽相同。蓝牙技术应用在无需申请的2.4GH ISM频段上，被广泛用于PDA、手机、打印机、笔记本等终端设备上。其次、UWB可以看作是采用一种特殊无线电波来高速传送数据的通信方式，相关通信协议或标准正在不断的确认、完善中；而蓝牙技术已经具备了相对完善的通信协议。因此两者的关系可能更确切的描述便是融合。这种融合是建立在两种技术取长补短、相互竞合的基础上。,
