近年來(lái)，超寬帶(UWB)無(wú)線通信成為短距離、高速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)最熱門的物理層技術(shù)之一。

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UWB的產(chǎn)生與發(fā)展

超寬帶(UWB)有著悠久的發(fā)展歷史，但在1989年之前，超寬帶這一術(shù)語(yǔ)并不常用，在信號(hào)的帶寬和頻譜結(jié)構(gòu)方面也沒(méi)有明確的規(guī)定。1989年，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署(DARPA)首先采用超寬帶這一術(shù)語(yǔ)，并規(guī)定：若信號(hào)在-20dB處的絕對(duì)帶寬大于1.5GHz或相對(duì)帶寬大于25%，則該信號(hào)為超寬帶信號(hào)。此后，超寬帶這個(gè)術(shù)語(yǔ)才被沿用下來(lái)。

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UWB的技術(shù)特點(diǎn)

(1)傳輸速率高，空間容量大

根據(jù)仙農(nóng)(Shannon)信道容量公式，在加性高斯白噪聲(AWGN)信道中，系統(tǒng)無(wú)差錯(cuò)傳輸速率的上限為：

C=B×log2(1+SNR)　　　(1)

其中，B(單位：Hz)為信道帶寬，SNR為信噪比。在UWB系統(tǒng)中，信號(hào)帶寬B高達(dá)500MHz～7.5GHz。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。例如，如果使用7 GHz帶寬，即使信噪比低至-10 dB，其理論信道容量也可達(dá)到1 Gb/s。因此，將UWB技術(shù)應(yīng)用于短距離高速傳輸場(chǎng)合(如高速WPAN)是非常合適的，可以極大地提高空間容量。理論研究表明，基于UWB的WPAN可達(dá)的空間容量比目前WLAN標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11.a高出1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

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(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，3.1GHz～10.6GHz頻段總輻射功率僅0.55mW，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)。隨著傳輸距離的增加，信號(hào)功率將不斷衰減。因此，接收信噪比可以表示成傳輸距離的函數(shù)SNRr (d )。根據(jù)仙農(nóng)公式，信道容量可以表示成距離的函數(shù)

C(d)=B×log2[1+SNRr(d )]　 (2)

另外，超寬帶信號(hào)具有極其豐富的頻率成分。眾所周知，無(wú)線信道在不同頻段表現(xiàn)出不同的衰落特性。由于隨著傳輸距離的增加高頻信號(hào)衰落極快，這導(dǎo)致UWB信號(hào)產(chǎn)生失真，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能。研究表明，當(dāng)收發(fā)信機(jī)之間距離小于10m時(shí)，UWB系統(tǒng)的信道容量高于5GHz頻段的WLAN系統(tǒng)，收發(fā)信機(jī)之間距離超過(guò)12m時(shí)，UWB系統(tǒng)在信道容量上的優(yōu)勢(shì)將不復(fù)存在。因此，UWB系統(tǒng)特別適合于短距離通信。

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(3)具有良好的共存性和保密性

由于UWB系統(tǒng)輻射譜密度極低(小于-41.3dBm/MHz)，對(duì)傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)來(lái)講，UWB信號(hào)譜密度甚至低至背景噪聲電平以下，UWB信號(hào)對(duì)窄帶系統(tǒng)的干擾可以視作寬帶白噪聲。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(duì)提高日益緊張的無(wú)線頻譜資源的利用率是非常有利的。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。

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(4)多徑分辨能力強(qiáng)，定位精度高

由于UWB信號(hào)采用持續(xù)時(shí)間極短的窄脈沖，其時(shí)間、空間分辨能力都很強(qiáng)。因此，UWB信號(hào)的多徑分辨率極高。極高的多徑分辨能力賦予UWB信號(hào)高精度的測(cè)距、定位能力。對(duì)于通信系統(tǒng)，必須辯證地分析UWB信號(hào)的多徑分辨力。

無(wú)線信道的時(shí)間選擇性和頻率選擇性是制約無(wú)線通信系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。在窄帶系統(tǒng)中，不可分辨的多徑將導(dǎo)致衰落，而UWB信號(hào)可以將它們分開(kāi)并利用分集接收技術(shù)進(jìn)行合并。因此，UWB系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗衰落能力。但UWB信號(hào)極高的多徑分辨力也導(dǎo)致信號(hào)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(guò)犧牲復(fù)雜度(增加分集重?cái)?shù))以捕獲足夠的信號(hào)能量。這將對(duì)接收機(jī)設(shè)計(jì)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在實(shí)際的UWB系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須折衷考慮信號(hào)帶寬和接收機(jī)復(fù)雜度，得到理想的性價(jià)比。

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(5)體積小、功耗低

傳統(tǒng)的UWB技術(shù)無(wú)需正弦載波，數(shù)據(jù)被調(diào)制在納秒級(jí)或亞納秒級(jí)基帶窄脈沖上傳輸，接收機(jī)利用相關(guān)器直接完成信號(hào)檢測(cè)。收發(fā)信機(jī)不需要復(fù)雜的載頻調(diào)制/解調(diào)電路和濾波器。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。FCC對(duì)UWB的新定義在一定程度上增加了無(wú)載波脈沖成形的實(shí)現(xiàn)難度，但隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和新型脈沖產(chǎn)生技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，UWB系統(tǒng)仍然繼承了傳統(tǒng)UWB體積小、功耗低的特點(diǎn)。

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UWB技術(shù)開(kāi)發(fā)的智慧工廠人員定位系統(tǒng)源碼：

技術(shù)架構(gòu)：java+ spring boot+ vue+ mysql單體服務(wù) + 硬件（UWB定位基站、卡牌）

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工廠人員定位系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)物資/車輛實(shí)時(shí)定位，物資/車輛數(shù)量實(shí)時(shí)查詢，全智能化的物資/車輛查找，提高工作效率，實(shí)現(xiàn)合理調(diào)度；集人臉識(shí)別系統(tǒng)、智能考勤、工時(shí)統(tǒng)計(jì)、行為檢測(cè)、歷史軌跡回放、人員管理、電子圍欄、應(yīng)急救援等功能為一體，實(shí)現(xiàn)在崗人員及外來(lái)承包商的規(guī)范管理；聯(lián)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合人員效率分析、物資分布統(tǒng)計(jì)等功能，可幫助工廠實(shí)現(xiàn)智能化、可視化的定向管控，實(shí)現(xiàn)各車間人員、物資、車輛的合理分配；利用車輛測(cè)距防撞報(bào)警裝置，可有效預(yù)防、杜絕車輛碰撞碾壓?jiǎn)T工等高危事故發(fā)生。