基于超宽带技术的无线传感器网络

　　基于超宽带技术的无线传感器网络的主要优势
 
　　无线传感器网络具有广阔的应用前景，但是传统的正弦载波通信由于其固有的组成以及一些无法克服的缺陷无法满足传感器节点低成本、低功耗、低设计复杂度、抗干扰等方面的要求。超宽带脉冲无线电技术是近年来发展迅猛，备受工业界和学术界关注的新型通信技术，具备了许多正弦载波通信技术无法比拟的优势，能够为无线传感器网络提供高效合理的通信传输手段。
 
　　2.1 收发信机和硬件电路成本、功耗、设计复杂度低
 
　　超宽带通信技术是一种非传统的、新颖的无线传输技术，采用极窄脉冲或极宽的频谱传送信息。整个收发信机不含有传统的中频和射频电路，设计代价简单，成本和功耗也远远低于传统的正弦载波通信系统。所以，基于超宽带技术的无线传感器网络可以很好的解决传统无线传感器网络中关于体积、成本和功耗的难题，特别适合于微小传感器节点的设计要求。另外，超宽带无线通信技术在短距离的高数据传输能力，也为一些网关节点传输大量数据和提供实时多媒体业务提供了便利。超宽带(UWB)和其他一些传统低功耗无线通信模块(如蓝牙、Zigbee、TR系列等)相比，传输每比特信息UWB的功耗远远低于其他无线通信技术[2]。
 
　　2.2 空间传输容量大
 
　　在节点密度高的无线传感器网络中，通信技术的空间传输容量是一个非常重要的因素。就单位面积的传输容量而言，超宽带技术远远高于其他短距离无线通信。因此，以超宽带技术作为通信传输手段，更加适合于节点密集的无线传感器网络。
 
　　2.3 多径分辨能力强
 
　　由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。
 
　　大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10～30 dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不过5 dB。对多径的高分辨能力，不仅使基于超宽带技术的无线传感器网络适合于复杂恶劣的多径环境，也节省了传感器网络数据传输的能量损耗。
 
　　2.4 抗干扰能力强，安全性高
 
　　超宽带无线通信技术由于脉冲的低占空比和多个脉冲传送一个比特信息，带来了较高的处理增益，提高了通信系统的抗干扰能力，适合于电磁环境恶劣的情况下的信息传输。另外，由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB信号相当于白噪声信号，信号的功率谱密度甚至低于自然的环境噪声电平，被截获和检测的概率很低。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。这个显著优势也为军事无线传感器网络提供了良好的保密性能。UWB技术的低功率谱密度和高处理增益特性，也保证了它具备良好的同频带共存能力，可以很好的解决无线传感器网络在复杂环境下的电磁兼容问题。
 
　　2.5 测距定位精度高
 
　　节点的准确定位是无线传感器网络应用的重要条件。获得节点位置的一个直接想法是使用全球定位系统(GPS)来实现，但是在无线传感器网络中使用GPS来获得所有节点的位置受到价格、体积、功耗等因素限制，存在着一些困难，另外GPS也很难应用于室内无线传感器网络。超宽带无线电中脉冲宽度为纳秒级(甚至亚纳秒级)，占用的带宽在1 GHz以上，具备厘米级的相对定位能力。国外一些公司为军方开发基于超宽带技术的通信/定位系统，IEEE 802.15.4a工作组也正在进行低速无线个域网物理层的标准化工作，主要研究能在极低功率消耗情况下同时提供通信和高精度测距/定位能力的解决方案，UWB技术正是其主要的备选方案。

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