物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

1、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用智能物流1、 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能物流的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀在我國，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能物流中主要經(jīng)歷了三個階段：啟蒙階段（20032004年）、起步發(fā)展與探索階段（20052009年）、理念提升階段（2009年至今）。前兩個階段主要是沿著RFID/EPC和GPS/GIS兩條技術(shù)路線不斷探索的。而以2009年為開端的第三個階段則是質(zhì)的飛躍，物聯(lián)網(wǎng)理念得到了補(bǔ)充和完善，逐漸形成三大技術(shù)核心：感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和智能應(yīng)用技術(shù)。智能物流未來的發(fā)展方向：運(yùn)輸成本在經(jīng)濟(jì)全球化的影響下，競爭日益激烈。如何配置和利用資源，有效地降低制造成本和是企業(yè)所要重點(diǎn)關(guān)注的問題。要實(shí)現(xiàn)這種戰(zhàn)略，沒有一個高度發(fā)達(dá)的、

2、可靠快捷的物流系統(tǒng)是無法實(shí)現(xiàn)的。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的興起，物流的功能也不再是單純?yōu)榱私档统杀荆前l(fā)展成為提高客戶服務(wù)質(zhì)量以提高企業(yè)綜合競爭力。當(dāng)前，物流產(chǎn)業(yè)正逐步形成七個發(fā)展趨勢，它們分別為信息化、智能化、環(huán)保化、企業(yè)全球化與國際化、服務(wù)優(yōu)質(zhì)化、產(chǎn)業(yè)協(xié)同化以及第三方物流。2、 物聯(lián)網(wǎng)在智能物流中的應(yīng)用范疇智能物流中有許多領(lǐng)域可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，包含的領(lǐng)域主要有智能運(yùn)輸管理系統(tǒng)、智能倉儲管理系統(tǒng)、智能配送系統(tǒng)、智能包裝系統(tǒng)和物流安全監(jiān)督系統(tǒng)等。下面將對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在部分系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行簡單的介紹：（1）智能運(yùn)輸管理系統(tǒng)：是一種大范圍的運(yùn)輸管理體系，可以準(zhǔn)確、高效地對物流運(yùn)輸進(jìn)行管理。

3、智能運(yùn)輸管理體系主要包括交通管理、車輛控制和車輛調(diào)度等子系統(tǒng)；（2）智能倉儲管理系統(tǒng)：為了便于對貨物的管理，在進(jìn)行智能物流管理的過程中，需要對物品貼上用于身份識別的電子標(biāo)簽，當(dāng)對物品進(jìn)行掃描識別時，RFID讀寫器就可以進(jìn)行無接觸的信息讀寫，自動識別物品的信息。主要包括：自動出庫系統(tǒng)、自動入庫系統(tǒng)、自動盤庫系統(tǒng)和自動周轉(zhuǎn)系統(tǒng)等；（3）智能配送管理系統(tǒng)：主要是依托GPS等無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，提高物流配送的效率。主要包括實(shí)時監(jiān)控、雙向通訊、車輛調(diào)度等子系統(tǒng)1）供應(yīng)鏈管理方面目前，越來越多的企業(yè)將供應(yīng)鏈管理作為提高自己經(jīng)濟(jì)效益的一個重要部分，而鑒于物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的信息采集和共享的特性，物聯(lián)網(wǎng)將減緩供應(yīng)鏈的“

4、牛鞭效應(yīng)”。供應(yīng)鏈管理中，通過RFID、紅外視頻等感知技術(shù)可以實(shí)時獲取物品當(dāng)前的狀態(tài)，然后通過物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層將信息傳達(dá)給銷售商、生產(chǎn)商以及原料供應(yīng)商，使供應(yīng)鏈上的各個環(huán)節(jié)具備信息快速獲取的能力，增加其可供處理的時間。這種供應(yīng)鏈的智能物流信息化管理會提高客戶需求預(yù)測的準(zhǔn)確度，促使供應(yīng)鏈上下游企業(yè)的密切合作，實(shí)現(xiàn)整體效益的提高，而不是利潤的簡單轉(zhuǎn)移。2）智能物流配送中心方面配送中心可以利用物聯(lián)網(wǎng)中的RFID等技術(shù)，根據(jù)需要將電子標(biāo)簽貼在貨物、托盤或者周轉(zhuǎn)箱上面，通過物品信息的實(shí)時記錄、處理，再結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的智能處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)貨物出入庫、盤點(diǎn)、配送的一體化管理。比如，貼有RFID標(biāo)簽的貨物通過入庫口時

5、，讀寫器將自動讀取貨物信息，并將信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到數(shù)據(jù)庫與訂單進(jìn)行對比，清點(diǎn)無誤便可入庫，系統(tǒng)的信息庫隨之更新。在配送過程中，智能軟件系統(tǒng)根據(jù)客戶需求自動安排貨物出庫計劃，出庫過程與入庫相似。在平時的盤點(diǎn)過程中，可以用固定或者手持讀寫器進(jìn)行自動掃描，大大提高工作效率。當(dāng)然，可以將物聯(lián)網(wǎng)中的智能終端設(shè)備，如智能碼垛機(jī)器人、無人搬運(yùn)小車等與操作軟件相結(jié)合，進(jìn)一步提高智能物流中心的智能化程度。3）可視化管理方面目前，物聯(lián)網(wǎng)的GPS/GIS技術(shù)、RFID技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能物流中已展開初步應(yīng)用，以便實(shí)時了解關(guān)注對象的位置與狀態(tài)，力圖建立可視化的智能系統(tǒng)。比如，現(xiàn)在的智能物流運(yùn)輸系統(tǒng)積極應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)

6、技術(shù)，已經(jīng)在某種程度上實(shí)現(xiàn)可視化。通過在運(yùn)輸路線上布置一些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)裝有相應(yīng)標(biāo)簽或傳感器等設(shè)備的貨車經(jīng)過時，便可獲知其運(yùn)輸?shù)穆肪€、時間、貨物等相關(guān)信息，使后臺管理者實(shí)現(xiàn)可視化管理。當(dāng)然，也可將這種技術(shù)落實(shí)在企業(yè)內(nèi)部的生產(chǎn)線、汽車食品溫度實(shí)時監(jiān)控等場合，以增強(qiáng)整個智能物流過程的透明度。4）可追溯管理方面應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)建立可追溯的智能系統(tǒng)，主要是為了實(shí)現(xiàn)在智能物流過程中的質(zhì)量管理和責(zé)任追究的功能。比如，將物聯(lián)網(wǎng)中的視頻技術(shù)鑲嵌在生產(chǎn)系統(tǒng)中，不僅能夠?qū)崟r監(jiān)控產(chǎn)品的制造過程，而且可以事后進(jìn)行查詢。目前，主要是在食品安全、藥品安全等領(lǐng)域運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施可追溯管理。通過產(chǎn)品追溯體系可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量、效率等方面

7、的智能物流保障。3、 智能物流中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀1）自動識別技術(shù)自動識別技術(shù)是以計算機(jī)、光、機(jī)、電、通信等技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)的一種高度自動化的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。它通過應(yīng)用一定的識別裝置，自動地獲取被識別物體的相關(guān)信息，并提供給后臺的處理系統(tǒng)來完成相關(guān)后續(xù)處理的一種技術(shù)。它能夠幫助人們快速而又準(zhǔn)確地進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的自動采集和輸入，在運(yùn)輸、倉儲、配送等方面已得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過近30年的發(fā)展，自動識別技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為由條碼識別技術(shù)、智能卡識別技術(shù)、光字符識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)、生物識別技術(shù)等組成的綜合技術(shù)，并正在向集成應(yīng)用的方向發(fā)展。 條碼識別技術(shù)是目前使用最廣泛的自動識別技術(shù)，它是利用光電掃描設(shè)備識

8、讀條碼符號，從而實(shí)現(xiàn)信息自動錄入。條碼是由一組按特定規(guī)則排列的條、空及對應(yīng)字符組成的表示一定信息的符號。不同的碼制，條碼符號的組成規(guī)則不同。較常使用的碼制有： EAN/ UPC 條碼、128 條碼、ITF - 14 條碼、交插二五條碼、三九條碼、庫德巴條碼等。 射頻識別（RFID）技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的現(xiàn)代自動識別技術(shù)，它是利用感應(yīng)、無線電波或微波技術(shù)的讀寫器設(shè)備對射頻標(biāo)簽進(jìn)行非接觸式識讀，達(dá)到對數(shù)據(jù)自動采集的目的。它可以識別高速運(yùn)動物體，也可以同時識讀多個對象，具有抗惡劣環(huán)境、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)。 生物識別技術(shù)是利用人類自身生理或行為特征進(jìn)行身份認(rèn)定的一種技術(shù)。生物特征包括手形、指紋、臉形、虹膜

9、、視網(wǎng)膜、脈搏、耳廓等，行為特征包括簽字、聲音等。由于人體特征具有不可復(fù)制的特性，這一技術(shù)的安全性較傳統(tǒng)意義上的身份驗(yàn)證機(jī)制有很大的提高。人們已經(jīng)發(fā)展了虹膜識別技術(shù)、視網(wǎng)膜識別技術(shù)、面部識別技術(shù)、簽名識別技術(shù)、聲音識別技術(shù)、指紋識別技術(shù)等六種生物識別技術(shù)。2）數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)數(shù)據(jù)倉庫出現(xiàn)在20 世紀(jì)80 年代中期，它是一個面向主題的、集成的、非易失的、時變的數(shù)據(jù)集合，數(shù)據(jù)倉庫的目標(biāo)是把來源不同的、結(jié)構(gòu)相異的數(shù)據(jù)經(jīng)加工后在數(shù)據(jù)倉庫中存儲、提取和維護(hù)，它支持全面的、大量的復(fù)雜數(shù)據(jù)的分析處理和高層次的決策支持。數(shù)據(jù)倉庫使用戶擁有任意提取數(shù)據(jù)的自由，而不干擾業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的正常運(yùn)行。 數(shù)據(jù)挖掘是從大量的、不完

10、全的、有噪聲的、模糊的及隨機(jī)的實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)中， 挖掘出隱含的、未知的、對決策有潛在價值的知識和規(guī)則的過程。一般分為描述型數(shù)據(jù)挖掘和預(yù)測型數(shù)據(jù)挖掘兩種。描述型數(shù)據(jù)挖掘包括數(shù)據(jù)總結(jié)、聚類及關(guān)聯(lián)分析等，預(yù)測型數(shù)據(jù)挖掘包括分類、回歸及時間序列分析等。其目的是通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、分析、綜合、歸納和推理， 揭示事件間的相互關(guān)系，預(yù)測未來的發(fā)展趨勢，為企業(yè)的決策者提供決策依據(jù)。3）人工智能技術(shù)人工智能就是探索研究用各種機(jī)器模擬人類智能的途徑，使人類的智能得以物化與延伸的一門學(xué)科。它借鑒仿生學(xué)思想，用數(shù)學(xué)語言抽象描述知識，用以模仿生物體系和人類的智能機(jī)制，主要的方法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)化計算和粒度計算三種。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

11、：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)上模擬人類的形象直覺思維，根據(jù)生物神經(jīng)元和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，通過簡化、歸納，提煉總結(jié)出來的一類并行處理網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要功能主要有聯(lián)想記憶、分類聚類和優(yōu)化計算等。雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可解釋性差、訓(xùn)練時間長等缺點(diǎn)，但由于其對噪聲數(shù)據(jù)的高承受能力和低錯誤率的優(yōu)點(diǎn)，以及各種網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練算法如網(wǎng)絡(luò)剪枝算法和規(guī)則提取算法的不斷提出與完善，使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)挖掘中的應(yīng)用越來越為廣大使用者所青睞。 進(jìn)化計算：進(jìn)化計算是模擬生物進(jìn)化理論而發(fā)展起來的一種通用的問題求解的方法。因?yàn)樗鼇碓从谧匀唤绲纳镞M(jìn)化，所以它具有自然界生物所共有的極強(qiáng)的適應(yīng)性特點(diǎn)，這使得它能夠解決那些難以

12、用傳統(tǒng)方法來解決的復(fù)雜問題。它采用了多點(diǎn)并行搜索的方式，通過選擇、交叉和變異等進(jìn)化操作，反復(fù)疊代，在個體的適應(yīng)度值的指導(dǎo)下，使得每代進(jìn)化的結(jié)果都優(yōu)于上一代，如此逐代進(jìn)化，直至產(chǎn)生全局最優(yōu)解或全局近優(yōu)解。其中最具代表性的就是遺傳算法，它是基于自然界的生物遺傳進(jìn)化機(jī)理而演化出來的一種自適應(yīng)優(yōu)化算法。 粒度計算：早在1990 年，我國著名學(xué)者張鈸和張鈴就進(jìn)行了關(guān)于粒度問題的討論，并指出“人類智能的一個公認(rèn)的特點(diǎn)，就是人們能從極不相同的粒度（granulari2ty） 上觀察和分析同一問題。人們不僅能在不同粒度的世界上進(jìn)行問題的求解，而且能夠很快地從一個粒度世界跳到另一個粒度世界，往返自如，毫無困難。

13、這種處理不同粒度世界的能力，正是人類問題求解的強(qiáng)有力的表現(xiàn)”.隨后，Zadeh 討論模糊信息粒度理論時，提出人類認(rèn)知的三個主要概念，即粒度（包括將全體分解為部分） 、組織（包括從部分集成全體） 和因果（包括因果的關(guān)聯(lián)） ,并進(jìn)一步提出了粒度計算。他認(rèn)為，粒度計算是一把大傘，它覆蓋了所有有關(guān)粒度的理論、方法論、技術(shù)和工具的研究。目前主要有模糊集理論、粗糙集理論和商空間理論三種。4）GIS技術(shù)GIS是打造智能物流的關(guān)鍵技術(shù)與工具，使用GIS可以構(gòu)建物流一張圖，將訂單信息、網(wǎng)點(diǎn)信息、送貨信息、車輛信息、客戶信息等數(shù)據(jù)都在一張圖中進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)快速智能分單、網(wǎng)點(diǎn)合理布局、送貨路線合理規(guī)劃、包裹監(jiān)控與管

14、理。GIS技術(shù)可以幫助物流企業(yè)實(shí)現(xiàn)基于地圖的服務(wù)，比如：1、網(wǎng)點(diǎn)標(biāo)注：將物流企業(yè)的網(wǎng)點(diǎn)及網(wǎng)點(diǎn)信息（如地址、電話、提送貨等信息）標(biāo)注到地圖上，便于用戶和企業(yè)管理者快速查詢。2、片區(qū)劃分：從“地理空間”的角度管理大數(shù)據(jù)，為物流業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)區(qū)劃管理基礎(chǔ)服務(wù)，如劃分物流分單責(zé)任區(qū)等，并與網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。3、快速分單：使用GIS地址匹配技術(shù)，搜索定位區(qū)劃單元，將地址快速分派到區(qū)域及網(wǎng)點(diǎn)。并根據(jù)該物流區(qū)劃單元的屬性找到責(zé)任人以實(shí)現(xiàn)“最后一公里”配送。4、車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)，從貨物出庫到到達(dá)客戶手中全程監(jiān)控，減少貨物丟失；合理調(diào)度車輛，提高車輛利用率；各種報警設(shè)置，保證貨物司機(jī)車輛安全，節(jié)省企業(yè)資源。5、物

15、流配送路線規(guī)劃輔助系統(tǒng)用于輔助物流配送規(guī)劃。合理規(guī)劃路線，保證貨物快速到達(dá)，節(jié)省企業(yè)資源，提高用戶滿意度。6、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與服務(wù)，將物流企業(yè)的數(shù)據(jù)信息在地圖上可視化直觀顯示，通過科學(xué)的業(yè)務(wù)模型、GIS專業(yè)算法和空間挖掘分析，洞察通過其他方式無法了解的趨勢和內(nèi)在關(guān)系，從而為企業(yè)的各種商業(yè)行為，如制定市場營銷策略、規(guī)劃物流路線、合理選址分析、分析預(yù)測發(fā)展趨勢等構(gòu)建良好的基礎(chǔ)，使商業(yè)決策系統(tǒng)更加智能和精準(zhǔn)，從而幫助物流企業(yè)獲取更大的市場契機(jī)。4、 物聯(lián)網(wǎng)在智能物流中的應(yīng)用目的 隨著通訊技術(shù)和物流自動識別技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代物流逐漸朝著智能化、自動化和全程化的方向發(fā)展。物流技術(shù)的出現(xiàn)對整個社會體系產(chǎn)生了重

16、大的影響，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對物流信息進(jìn)行高效的自動感知和數(shù)據(jù)采集，有效控制物流的整個流程，實(shí)現(xiàn)智能化和精準(zhǔn)化的操作，對于提高物流成本、提升現(xiàn)代物流的管理水平具有重要的意義。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)智能物流提供了強(qiáng)有力的技術(shù)前提，提高物流運(yùn)輸和管理的效率，真正實(shí)現(xiàn)物流行業(yè)的信息化和智能化。UWBUWB(Ultra Wideband) 又名超寬帶，是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。有人稱它為無線電領(lǐng)域的一次革命性進(jìn)展，認(rèn)為它將成為未來短距離無線通信的主流技術(shù)。一開始是使用脈沖無線電技術(shù)，此技術(shù)可追溯至19世紀(jì)。后來由Intel等大公司提出了應(yīng)用了UWB的MB-OFDM技術(shù)方

17、案，由于兩種方案的截然不同，而且各自都有強(qiáng)大的陣營支持，制定UWB標(biāo)準(zhǔn)的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出最終的標(biāo)準(zhǔn)方案，于是將其交由市場解決。為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)速率，UWB應(yīng)用超短基帶豐富的GHz級頻譜。總的來說，UWB在早期被用來應(yīng)用在近距離高速數(shù)據(jù)傳輸，近年來國外開始利用其亞納秒級超窄脈沖來做近距離精確室內(nèi)定位，如LocalSense無線定位系統(tǒng)。特點(diǎn)：UWB(Ultra Wideband)無線通信是一種不用載波，而采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進(jìn)行通信的方式。UWB（UltraWideband）是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在較寬的頻譜

18、上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。抗干擾性能強(qiáng)，傳輸速率高，系統(tǒng)容量大發(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1mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長系統(tǒng)電源工作時間。而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對人體的影響也會很小，應(yīng)用面就廣。脈沖無線電：UWB也可稱為脈沖無線電。可追溯至19世紀(jì)。至今UWB還在爭論之中。UWB調(diào)制采用脈沖寬度在ns級的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至GHz，不需常規(guī)窄帶調(diào)制所需的RF頻率變換，脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射。脈沖峰峰時間間隔在10 - 100 ps級。

19、頻譜形狀可通過甚窄持續(xù)單脈沖形狀和天線負(fù)載特征來調(diào)整。UWB信號在時間軸上是稀疏分布的，其功率譜密度相當(dāng)?shù)?，RF可同時發(fā)射多個UWB信號。UWB信號類似于基帶信號，可采用OOK，對映脈沖鍵控，脈沖振幅調(diào)制或脈位調(diào)制。UWB不同于把基帶信號變換為無線射頻(RF) 的常規(guī)無線系統(tǒng)，可視為在RF上基帶傳播方案，在建筑物內(nèi)能以極低頻譜密度達(dá)到100 Mb/s數(shù)據(jù)速率。為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)速率，UWB應(yīng)用超短基帶豐富的GHz級頻譜，采用安全信令方法(Intriguing Signaling Method)?；赨WB的寬廣頻譜，F(xiàn)CC在2002年宣布UWB可用于精確測距，金屬探測，新一代WLAN和無線通信。

20、為保護(hù)GPS，導(dǎo)航和軍事通信頻段，UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB發(fā)射功率。不用載波：UWB無線通信是一種不用載波。采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進(jìn)行通信的方式，也稱做脈沖無線電( Impulse Radio)、時域(Time Domain)或無載波(Carrier Free)通信。與普通二進(jìn)制移相鍵控(BPSK)信號波形相比，UWB方式不利用余弦波進(jìn)行載波調(diào)制而發(fā)送許多小于1ns的脈沖，因此這種通信方式占用帶寬非常之寬，且由于頻譜的功率密度極小，它具有通常擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)。UWB通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)G

21、bit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達(dá)等領(lǐng)域。UWB技術(shù)最初是被作為軍用雷達(dá)技術(shù)開發(fā)的，早期主要用于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。2002年2月，美國FCC批準(zhǔn)了UWB技術(shù)用于民用，UWB的發(fā)展步伐開始逐步加快。與藍(lán)牙和WLAN等帶寬相對較窄的傳統(tǒng)無線系統(tǒng)不同，UWB能在寬頻上發(fā)送一系列非常窄的低功率脈沖。較寬的頻譜、較低的功率、脈沖化數(shù)據(jù)，意味著UWB引起的干擾小于傳統(tǒng)的窄帶無線解決方案，并能夠在室內(nèi)無線環(huán)境中提供與有線相媲美的性能。UWB具有以下特點(diǎn)：抗干擾性

22、能強(qiáng)。UWB采用跳時擴(kuò)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。接收時將信號能量還原出來，在解擴(kuò)過程中產(chǎn)生擴(kuò)頻增益。因此，與IEEE80211a、IEEE80211b和藍(lán)牙相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強(qiáng)的抗干擾性。傳輸速率高。UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit/s到幾百M(fèi)bit/s，有望高于藍(lán)牙100倍，也可以高于IEEE80211a和IEEE80211b。帶寬極寬。UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達(dá)幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和窄帶通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊張的今天，開辟了一

23、種新的時域無線電資源。消耗電能小。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，所以消耗電能小。保密性好。UWB保密性表現(xiàn)在兩方面。一方面是采用跳時擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)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(jī)無法接收。發(fā)送功率非常小。應(yīng)用面就廣。技術(shù)原理：UWB技術(shù)最基本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖間隔嚴(yán)格受控的高斯單周期超短時脈沖，超短時單周期脈沖決定了信號的帶寬很寬，接收機(jī)直接用一級前端交叉相關(guān)器就把脈沖序列轉(zhuǎn)換成基帶信號，省去了

24、傳統(tǒng)通信設(shè)備中的中頻級，極大地降低了設(shè)備復(fù)雜性。UWB技術(shù)采用脈沖位置調(diào)制PPM單周期脈沖來攜帶信息和信道編碼，一般工作脈寬0.1-1.5ns (1納秒= 十億分之一秒)，重復(fù)周期在25-1000ns。圖1顯示了實(shí)用的單周期高斯脈沖的時域波形和頻域特性，圖中脈沖的中心頻率在2GHz。實(shí)際通信中使用一長串的脈沖，圖2顯示了周期性重復(fù)的單脈沖的時域和頻域特性。頻譜中出現(xiàn)了強(qiáng)烈的能量尖峰，這是由于時域中信號重復(fù)的周期性造成了頻譜的離散化。這些尖峰將會對傳統(tǒng)無線電設(shè)備和信號構(gòu)成干擾，而且這種十分規(guī)則的脈沖序列也沒有攜帶什么有用信息。改變時域的周期性可以減低這種尖峰，即采用脈沖位置調(diào)制PPM。比如可以用

25、每個脈沖出現(xiàn)位置超前或落后于標(biāo)準(zhǔn)時刻一個特定的時間來表示一個特定的信息。圖3是一個二進(jìn)制信息調(diào)制的示例。調(diào)制前脈沖的平均周期和調(diào)制量的數(shù)值都極小。因此調(diào)制后在接收端需要用匹配濾波技術(shù)才能正確接收，即用交叉相關(guān)器在達(dá)到零相位差的時候就可以檢測到這些調(diào)制信息，哪怕信號電平低于周圍噪聲電平。由圖還可見調(diào)制后降低了頻譜的尖峰幅度，之所以仍不夠十分平滑是因?yàn)闀r間位置偏移量不夠大，也不夠雜亂。為了進(jìn)一步平滑信號頻譜，可以讓重復(fù)時間的位置偏移量大小不一，變化隨機(jī)，同時也為了在共同的信道比如空中取得自己專用的信道，即實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的多址，可以對一個相對長的時間幀內(nèi)的脈沖串按位置調(diào)制進(jìn)行編碼，特別是采用偽隨機(jī)序列

26、編碼。接收端只有用同樣的編碼序列才能正確接收和解碼。圖4顯示了偽隨機(jī)時間調(diào)制編碼后的脈沖序列的波形和頻譜。圖中頻譜已經(jīng)接近白噪聲頻譜，功率也小了許多，這就是偽隨機(jī)編碼產(chǎn)生的效果。適當(dāng)?shù)剡x擇碼組，保證組內(nèi)各個碼字相互正交或接近正交，就可以實(shí)現(xiàn)碼分多址。UWB系統(tǒng)采用相關(guān)接收技術(shù)，關(guān)鍵部件稱為相關(guān)器（correlator）。相關(guān)器用準(zhǔn)備好的模板波形乘以接收到的射頻信號，再積分就得到一個直流輸出電壓。相乘和積分只發(fā)生在脈沖持續(xù)時間內(nèi)，間歇期則沒有。處理過程一般在不到1ns的時間內(nèi)完成。相關(guān)器實(shí)質(zhì)上是改進(jìn)了的延遲探測器，模板波形匹配時，相關(guān)器的輸出結(jié)果量度了接收到的單周期脈沖和模板波形的相對時間位置差

27、。圖5顯示了不同位置七個脈沖經(jīng)相關(guān)器后的波形走勢，750ns后的穩(wěn)定波形是輸出結(jié)果。值得注意的是，雖然UWB信號幾乎不對工作于同一頻率的無線設(shè)備造成干擾。但是所有帶內(nèi)的無線電信號都是對UWB信號的干擾，UWB可以綜合運(yùn)用偽隨機(jī)編碼和隨機(jī)脈沖位置調(diào)制以及相關(guān)解調(diào)技術(shù)來解決這一問題。技術(shù)特點(diǎn)：由于UWB與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，工作原理迥異，因此UWB具有如下傳統(tǒng)通信系統(tǒng)無法比擬的技術(shù)特點(diǎn)：(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單：當(dāng)前的無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化，從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過發(fā)送納秒級脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號。UWB發(fā)射器

28、直接用脈沖小型激勵天線，不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻，從而不需要功用放大器與混頻器，因此，UWB允許采用非常低廉的寬帶發(fā)射器。同時在接收端，UWB接收機(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī)，不需要中頻處理，因此，UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單。(2)高速的數(shù)據(jù)傳輸：民用商品中，一般要求UWB信號的傳輸范圍為10m以內(nèi)，再根據(jù)經(jīng)過修改的信道容量公式，其傳輸速率可達(dá)500Mbit/ s，是實(shí)現(xiàn)個人通信和無線局域網(wǎng)的一種理想調(diào)制技術(shù)。UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨(dú)占用已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶。在軍事應(yīng)用中，可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測

29、率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳輸。(3)功耗低：UWB 系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時間很短，一般在0. 20ns1. 5ns 之間，有很低的占空因數(shù)，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百W幾十mW。民用的UWB 設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動電話所需功率的1/ 100 左右，是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/ 20 左右。軍用的UWB 電臺耗電也很低。因此，UWB 設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對于傳統(tǒng)無線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性。(4)安全性高：作為通信系統(tǒng)的物理層技術(shù)具有天然的安全性能。由于UWB信號一般把信號能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，對一般通信系統(tǒng)，UWB 信號相當(dāng)于白噪聲信號，并

30、且大多數(shù)情況下，UWB 信號的功率譜密度低于自然的電子噪聲，從電子噪聲中將脈沖信號檢測出來是一件非常困難的事。采用編碼對脈沖參數(shù)進(jìn)行偽隨機(jī)化后，脈沖的檢測將更加困難。(5)多徑分辨能力強(qiáng)：由于常規(guī)無線通信的射頻信號大多為連續(xù)信號或其持續(xù)時間遠(yuǎn)大于多徑傳播時間，多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。由于超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號在時間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時間上發(fā)生交疊，其多徑傳輸路徑長度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號在時間上不重疊，很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號的能量。大量的實(shí)驗(yàn)表明，對常規(guī)無線電信號多徑衰落深達(dá)10

31、 30 dB 的多徑環(huán)境， 對超寬帶無線電信號的衰落最多不到5 dB。(6)定位精確：沖激脈沖具有很高的定位精度，采用超寬帶無線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，而GPS定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)； 與GPS 提供絕對地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對位置， 其定位精度可達(dá)厘米級， 此外，超寬帶無線電定位器更為便宜。(7)工程簡單造價便宜：在工程實(shí)現(xiàn)上，UWB比其它無線技術(shù)要簡單得多，可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個芯片

32、上，設(shè)備的成本將很低。應(yīng)用概述：由于UWB具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢，同時受發(fā)射功率的限制，在短距離范圍內(nèi)提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸將是UWB的重要應(yīng)用領(lǐng)域，如當(dāng)前WLAN和WPAN的各種應(yīng)用。總的說來，UWB主要分為軍用和民用兩個方面。在軍用方面，主要應(yīng)用于UWB雷達(dá)、UWBLPI/D無線內(nèi)通系統(tǒng)（預(yù)警機(jī)、艦船等）、戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的PLI/D電臺、警戒雷達(dá)、UAV/UGV數(shù)據(jù)鏈、探測地雷、檢測地下埋藏的軍事目標(biāo)或以葉簇偽裝的物體。民用方主要包括以下3個方面：地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器；汽車防沖撞傳感器等；家電設(shè)備及便攜設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信等。軍用方面：UWB 技術(shù)多年來一直是美國軍方使用的作

33、戰(zhàn)技術(shù)之一，但由于UWB 具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢， 同時受發(fā)射功率的限制， 在短距離范圍內(nèi)提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸將是UWB 的重要應(yīng)用領(lǐng)域，如當(dāng)前WLAN 和WPAN 的各種應(yīng)用。此外，通過降低數(shù)據(jù)率提高應(yīng)用范圍，具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低，能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。UWB 技術(shù)一個介于雷達(dá)和通信之間的重要應(yīng)用是精確地理定位，例如使用UWB 技術(shù)的能夠提供三維地理定位信息的設(shè)備。該系統(tǒng)由無線UWB 塔標(biāo)和無線UWB 移動漫游器組成。其基本原理是通過無線UWB 漫游器和無線UWB 塔標(biāo)間的包突發(fā)傳送而完成航程時間測量，再經(jīng)往返(或循環(huán)) 時間的測量值

34、的對比和分析，得到目標(biāo)的精確定位。此系統(tǒng)使用的是2.5 ns 寬的UWB脈沖信號，其峰值功率為4W，工作頻帶范圍為1. 31. 7 GHz ，相對帶寬為27 % ，符合FCC 對UWB 信號的定義。如果使用小型全向垂直極化天線或小型圓極化天線，其視距通信范圍可超過2 km。在建筑物內(nèi)部，由于墻壁和障礙物對信號的衰減作用，系統(tǒng)通信距離被限制在約100 m 以內(nèi)。UWB 地理定位系統(tǒng)最初的開發(fā)和應(yīng)用是在軍事領(lǐng)域，其目的是戰(zhàn)士在城市環(huán)境條件下能夠以0. 3 m的分辨率來測定自身所在的位置，其主要商業(yè)用途之一為路旁信息服務(wù)系統(tǒng)。它能夠提供突發(fā)且高達(dá)100Mbps 的信息服務(wù)，其信息內(nèi)容包括路況信息、建

35、筑物信息、天氣預(yù)報和行駛建議，還可以用作緊急援助事件的通信。民用方面：UWB 也適用于短距離數(shù)字化的音視頻無線鏈接、短距離寬帶高速無線接入等相關(guān)民用領(lǐng)域。UWB第二個重要應(yīng)用領(lǐng)域是家庭數(shù)字娛樂中心。在過去幾年里，家庭電子消費(fèi)產(chǎn)品層出不窮。PC、DVD 、DVR 、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、HDTV 、PDA 、數(shù)字機(jī)頂盒、MD、MP3、智能家電等等出現(xiàn)在普通家庭里，正是"舊時王榭堂前燕，飛入平常百姓家"。家庭數(shù)字娛樂中心的概念是：將來你的住宅中的PC、娛樂設(shè)備、智能家電和Internet都連接在一起，你可以在任何地方使用它們。舉例來說，你儲存的視頻數(shù)據(jù)可以在PC、DVD、TV、PDA 等設(shè)備上共享觀看，可以自由地同Internet交互信息，你可以遙控你的PC，讓它控制你的信息家電，讓它們有條不紊地工作，你也可以通過Internet聯(lián)機(jī)，用無線手柄結(jié)合音、像設(shè)備