物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用（完整版）

1、物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用智能物流1、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能物流的開展歷程及現(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(gè)階段：啟蒙階段 20032004 年、起步開展與探索階段 20052021 年、理念提升階 段2021年至今。前兩個(gè)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 2021 年為開端的第三個(gè)階段那么是質(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)。 智能物流未來的開展方向： 運(yùn)輸本錢在經(jīng)濟(jì)全球化的影響下， 競爭日益劇烈。 如何 配置和利用資源， 有效地降低制造本錢和是企業(yè)所要重點(diǎn)關(guān)注的問題。 要實(shí)現(xiàn)這種 戰(zhàn)

2、略， 沒有一個(gè)高度興旺的、 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 的開展和網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的興起， 物流的功能也不再是單純?yōu)榱私档捅惧X， 而是開展成為 提高客戶效勞質(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(gè)開展趨 勢，它們分別為信息化、智能化、環(huán)?；?、企業(yè)全球化與國際化、效勞優(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(chǔ)管理系統(tǒng)、智能配送系統(tǒng)、智能包裝系統(tǒng)和物流平安監(jiān)視系統(tǒng)等。下面 將對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在局部系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)展簡單的介紹： 1 智能運(yùn)輸管理系統(tǒng)：是一種大范圍的

3、運(yùn)輸管理體系，可以準(zhǔn)確、高效地對 物流運(yùn)輸進(jìn)展管理。 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(chǔ)管理系統(tǒng)：為了便于對貨物的管理， 在進(jìn)展智能物流管理的過程中， 需要對物品貼上用于身 份識(shí)別的電子標(biāo)簽，當(dāng)對物品進(jìn)展掃描識(shí)別時(shí)， RFID 讀寫器就可以進(jìn)展無接觸的信 息讀寫，自動(dòng)識(shí)別物品的信息。主要包括：自動(dòng)出庫系統(tǒng)、自動(dòng)入庫系統(tǒng)、自動(dòng)盤庫 系統(tǒng)和自動(dòng)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(shí)監(jiān)控、雙向通訊、車輛調(diào)度等子系統(tǒng)1 供給鏈管理方面目前， 越來越多的企業(yè)將供給鏈管理作為提高自己經(jīng)濟(jì)效益的

4、一個(gè)重要局部，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)將減緩供給鏈的“牛鞭效應(yīng)。供 給鏈管理中，通過 RFID紅外視頻等感知技術(shù)可以實(shí)時(shí)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)商以及原料供給商， 使供給鏈上的各 個(gè)環(huán)節(jié)具備信息快速獲取的能力， 增加其可供處理的時(shí)間。 這種供給鏈的智能物流信 息化管理會(huì)提高客戶需求預(yù)測的準(zhǔn)確度， 促使供給鏈上下游企業(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(shí)記錄、 處理，再結(jié)合物聯(lián)

5、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。比方，貼有RFID標(biāo)簽的貨物通過入庫口時(shí)，讀寫器將自動(dòng)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)展比照， 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(dòng)安排貨物出庫方案， 出庫過程與入庫相似。 在平時(shí)的盤點(diǎn)過程中， 可以用固 定或者手持讀寫器進(jìn)展自動(dòng)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)、

6、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(shí)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 方，現(xiàn)在的智能物流運(yùn)輸系統(tǒng)積極應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)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(shí)， 便可獲知其運(yùn)輸?shù)穆肪€、時(shí)間、貨物等相關(guān)信息，使后臺(tái)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(shí)監(jiān)控等場合， 以增強(qiáng)整個(gè)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。 比方， 將物聯(lián)網(wǎng)中的視頻技術(shù)鑲嵌在生

7、產(chǎn)系統(tǒng)中， 不僅能夠?qū)崟r(shí)監(jiān) 控產(chǎn)品的制造過程，而且可以事后進(jìn)展查詢。目前，主要是在食品平安、藥品平安等 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 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(dòng)識(shí)別技術(shù) 自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是以計(jì)算機(jī)、光、機(jī)、電、通信等技術(shù)的開展為根底的一種高度自動(dòng)化 的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。它通過應(yīng)用一定的識(shí)別裝置，自動(dòng)地獲取被識(shí)別物體的相關(guān)信息， 并提供給后臺(tái)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)展海量數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和輸入，在運(yùn)輸、 倉儲(chǔ)、 配送等方面已得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過近 30 年的開展，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)已

8、經(jīng)開展成為由條碼識(shí)別技術(shù)、智能卡識(shí)別 技術(shù)、光字符識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、生物識(shí)別技術(shù)等組成的綜合技術(shù)，并正在向 集成應(yīng)用的方向開展。 條碼識(shí)別技術(shù)是目前使用最廣泛的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)， 它是利用光 電掃描設(shè)備識(shí)讀條碼符號(hào)， 從而實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)錄入。 條碼是由一組按特定規(guī)那么排列 的條、 空及對應(yīng)字符組成的表示一定信息的符號(hào)。 不同的碼制， 條碼符號(hào)的組成規(guī)那 么不同。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(shí)別RFID技術(shù)是近幾年開展起來的現(xiàn)代自動(dòng)識(shí)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

9、標(biāo)簽進(jìn)展非 接觸式識(shí)讀， 到達(dá)對數(shù)據(jù)自動(dòng)采集的目的。 它可以識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體， 也可以同時(shí)識(shí) 讀多個(gè)對象，具有抗惡劣環(huán)境、 XX 性強(qiáng)等特點(diǎn)。生物識(shí)別技術(shù)是利用人類自身生理 或行為特征進(jìn)展身份認(rèn)定的一種技術(shù)。生物特征包括手形、指紋、臉形、虹膜、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)的平安性較傳統(tǒng)意義上的身份驗(yàn)證機(jī)制有很大的提高。人們已經(jīng)開展了虹膜識(shí)別技術(shù)、視網(wǎng)膜識(shí)別技術(shù)、面部識(shí)別技術(shù)、簽名識(shí)別技術(shù)、聲音識(shí)別技術(shù)、指紋識(shí) 別技術(shù)等六種生物識(shí)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(gè)面向主題的、集成的、非易

10、失的、 時(shí)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、 構(gòu)造相異的數(shù)據(jù)經(jīng)加工后在數(shù)據(jù) 倉庫中存儲(chǔ)、 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(jià)值的知識(shí)和規(guī)那么的過程。 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(shí)間序列分析等。 其目的是通過對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、 分析、 綜合、歸納和推理，提醒事件

11、間的相互關(guān)系，預(yù)測未來的開展趨勢，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(shí)， 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(jì)算和粒度計(jì)算三種。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：神 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究的根底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(jì)算等。 雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有構(gòu)造復(fù)雜、 可 解釋性差、 訓(xùn)練時(shí)間長等缺點(diǎn)， 但由于其對噪聲數(shù)

12、據(jù)的高承受能力和低錯(cuò)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)那么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)用越來越為廣闊使用者所青睞。進(jìn)化計(jì)算： 進(jìn)化計(jì)算是模擬生物進(jìn)化理論而開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、 穿插和 變異等進(jìn)化操作， 反復(fù)疊代， 在個(gè)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

13、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(jì)算：早在 1990 年，我國著名學(xué)者 X 鈸和 X 鈴就進(jìn)展了關(guān)于粒度問題的討論， 并指出“人類智能的一個(gè)公認(rèn)的特點(diǎn)，就是人們能從極不一樣的粒度 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)展問題的求解， 而且能夠 很快地從一個(gè)粒度世界跳到另一個(gè)粒度世界， 往返自如， 毫無困難。 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(shí)，提出人類認(rèn)知的三個(gè)主要概念，即粒度包括將全體分解為局部、組織包括從局部集成全體和因果包括因果的關(guān)聯(lián),并進(jìn)一步

14、提出了粒度計(jì)算。他認(rèn)為，粒度計(jì)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 X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X圖中進(jìn)展管理，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)控與管理。GIS 技術(shù)可以幫助物流企業(yè)實(shí)現(xiàn)基于地圖的效勞，比方：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、 、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

15、業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供 業(yè)務(wù)區(qū)劃管理根底效勞，如劃分物流分單責(zé)任區(qū)等，并與網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)展關(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，減少貨物喪失；合理調(diào)度車輛，提高車 輛利用率；各種報(bào)警設(shè)置，保證貨物司機(jī)車輛平安，節(jié)省企業(yè)資源。5、物流配送路線規(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(jì)與效勞，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

16、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)測開展趨勢等構(gòu)建良好的根底， 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(dòng)識(shí)別技術(shù)的快速開展，現(xiàn)代物流逐漸朝著智能化、自動(dòng)化和 全程化的方向開展。物流技術(shù)的出現(xiàn)對整個(gè)社會(huì)體系產(chǎn)生了重大的影響，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 可以對物流信息進(jìn)展高效的自動(dòng)感知和數(shù)據(jù)采集，有效控制物流的整個(gè)流程，實(shí)現(xiàn)智 能化和精準(zhǔn)化的操作， 對于提高物流本錢、 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)

17、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(jí)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)。一開場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

18、率， UWB 應(yīng)用超短基帶豐富的 GHz 級(jí)頻譜?？偟膩碚f， UWB 在早期被用來應(yīng)用在近距離高速數(shù)據(jù)傳輸，近年來國外開場利用其亞 納秒級(jí)超窄脈沖來做近距離準(zhǔn)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(shí)間間隔極短(小于1ns)的脈沖進(jìn)展通信的方式。UWB UltraWideband 是一種無載波通信技術(shù)， 利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈 沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，UWB 能在 10 米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百 Mbit/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，

19、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(shí)間。而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對人體的影響也會(huì)很小，應(yīng)用面就廣。脈沖無線電：UWB 也可稱為脈沖無線電?？勺匪葜?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(jí)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(shí)間間隔在 10 - 100 ps 級(jí)。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(hào)在時(shí)間軸上是稀疏分布的，

20、其功率譜密度相當(dāng)?shù)?，RF可同時(shí)發(fā)射多個(gè) UWB信號(hào)。UWB信號(hào)類似于基帶信號(hào)，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(hào)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)能以極低頻譜密度到達(dá) 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(jí)頻譜，采用平安信令方法 (Intriguing Signaling Method)?；?UWB 的寬廣頻譜，F(xiàn)CC在 2002 年宣布 UWB 可用 于準(zhǔn)確測距，金屬探測，新一代WLAN和無線通信。為保護(hù) GPS,導(dǎo)航和軍事通信頻段， UWB

21、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(shí)間間隔極短(小于1ns)的脈沖進(jìn)展通信的方式，也稱做脈沖無線電 ( Impulse Radio) 、時(shí)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(hào)波形相比，UWB方式不利用余弦波進(jìn)展載波調(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(hào)，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) Gb

22、it/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、平安檢測、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的開展步伐開場逐步加快。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

23、具有以下特點(diǎn)： 抗干擾性能強(qiáng)。 UWB 采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào)，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱 的無線電脈沖信號(hào)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(shí)將信號(hào)能量復(fù)原出來，在解擴(kuò)過程中產(chǎn)生擴(kuò)頻增益。因此，與IEEE80211a、IEEE802. 11b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)速率可以到達(dá)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(gè) GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且 可以和窄帶通信系統(tǒng)同時(shí)

24、工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊X 的今天，開辟了一種新的時(shí)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(shí)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(shí)才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能小。XX 性好。 UWBXX 性表現(xiàn)在兩方面。一方面是采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有發(fā)送端擴(kuò)頻 碼時(shí)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)最根本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖間隔嚴(yán)格受控的高斯單周期超短時(shí)脈沖， 超短時(shí)單周期脈沖決定了信號(hào)的帶寬很寬

25、，接收機(jī)直接用一級(jí)前端穿插相關(guān)器就把脈 沖序列轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)， 省去了傳統(tǒng)通信設(shè)備中的中頻級(jí)， 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(shí)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(shí)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(shí)域XX號(hào)重復(fù)的周期性造成了頻譜的離散化。 這些尖峰將會(huì)對傳統(tǒng)無線電設(shè)備和信號(hào)構(gòu)成干擾,而且這種十分規(guī)那么的脈沖

26、序列也 沒有攜帶什么有用信息。改變時(shí)域的周期性可以減低這種尖峰,即采用脈沖位置調(diào)制 PPM。比方可以用每個(gè)脈沖出現(xiàn)位置超前或落后于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻一個(gè)特定的時(shí)間3來表示一個(gè)特 定的信息。圖 3是一個(gè)二進(jìn)制信息調(diào)制的例如。調(diào)制前脈沖的平均周期和調(diào)制量3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,即用穿插相關(guān)器在到達(dá)零相位差的時(shí)候就可以檢測到這些調(diào)制信 息,哪怕信號(hào)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(shí)間位置偏移量不夠大,也不夠雜亂。為了進(jìn)一步平滑信 號(hào)頻譜,可以讓重復(fù)時(shí)間的位置偏移量3大小不一,變化隨機(jī),同時(shí)也為了在共同的信 道

27、比方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(gè)相對長的時(shí)間 幀內(nèi)的脈沖串按位置調(diào)制進(jìn)展編碼,特別是采用偽隨機(jī)序列編碼。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(shí)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(gè)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(hào),再積分就得到一個(gè)直流輸出電壓。相乘和積分只發(fā) 生在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi),間歇期那么沒有。處理過程一

28、般在不到1ns 的時(shí)間內(nèi)完成。相關(guān)器實(shí)質(zhì)上是改良了的延遲探測器,模板波形匹配時(shí),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(shí)間位置差。圖 5 顯示了不同位置七個(gè)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(hào)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(hào)都是對 UWB 信號(hào)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 法比較的技術(shù)特點(diǎn)：(1) 系統(tǒng)構(gòu)造的實(shí)現(xiàn)比較簡

29、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那么不使用載波,它通過發(fā)送納秒級(jí)脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。UWB 發(fā)射器直接用脈沖小型鼓勵(lì)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(shí)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)構(gòu)造的實(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(hào)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(gè)人通信和無

30、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、低檢測率、高平安性和高速 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(shí)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(shí)系統(tǒng) 的耗電量僅為幾百卩W幾十mW。民用的UWB設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動(dòng)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(tái)耗電也很低。因 此, UW

31、B 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) 平安性高： 作為通信系統(tǒng)的物理層技術(shù)具有天然的平安性能。由于 UWB 信號(hào)一般把信號(hào)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(hào)相當(dāng)于白噪聲信號(hào),并且大多數(shù)情況下, UWB 信號(hào)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(hào)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)展偽隨機(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(hào)大多為連續(xù)信號(hào)或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大 于多徑傳播時(shí)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(shí)間極短的單周期脈沖

32、且占空比極低,多徑信號(hào)在時(shí)間上是可別離的。 假設(shè)多徑脈沖要在時(shí)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(hào)在時(shí)間上不重疊,很容易別離出多徑分量以充分利用發(fā)射 信號(hào)的能量。 大量的實(shí)驗(yàn)說明, 對常規(guī)無線電信號(hào)多徑衰落深達(dá) 10 30 dB 的多徑環(huán) 境,對超寬帶無線電信號(hào)的衰落最多不到 5 dB。(6) 定位準(zhǔn)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)展準(zhǔn)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

33、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(jí),此外,超寬帶無線電定位器更為廉價(jià)。(7) 工程簡單造價(jià)廉價(jià)：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(gè)芯片上,設(shè)備的本錢將很低。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(shí)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，女口當(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(gè)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

34、機(jī)、艦船等 、 戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的 PLI/D 電臺(tái)、戒備雷達(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(gè)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(shí)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(hào)功率譜密度低、平安性高、

35、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(gè)介于雷達(dá)和通信之間的重要應(yīng)用是準(zhǔn)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(dòng)漫游器組成。其根本原理是通過無線 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(shí)間測量，再經(jīng)往返 （或循環(huán) ） 時(shí)間的測量值的比照和分析，得到目標(biāo)的準(zhǔn)確 定位。此系統(tǒng)使用的是 2.5 ns寬的UWB脈沖信號(hào)，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(hào)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

36、圍可超過 2 km。在建筑物內(nèi)部，由于墻壁和障礙物對信號(hào)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效勞系統(tǒng)。 它能夠提供突發(fā)且高達(dá) 100Mbps 的信息效勞， 其信息內(nèi)容包括路況信息、 建筑物信息、 天氣預(yù)報(bào)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、 短距離寬帶高速無線接入等相關(guān)民用領(lǐng)域。 UWB 第二個(gè)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

37、 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(shí)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In ternet 都連接在一起， 你可以在任何地方使用它們。 舉例來說， 你儲(chǔ)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In ternet聯(lián)機(jī)， 用無線手柄結(jié)合音、 像設(shè)備營造出逼真的

38、虛擬游戲空間。 從前面對 UWB 的技術(shù)特點(diǎn)來 看, UWB 技術(shù)無疑是一個(gè)很好的選擇。采用 UWB 技術(shù)的凱思特單反無線聯(lián)機(jī)拍攝套 件。該設(shè)備用以實(shí)現(xiàn)單反相機(jī)和電腦之間的文件無線傳輸和遠(yuǎn)程相機(jī)控制。WHDIWHDI Wireless Home Digital Interface,即無線家庭數(shù)字接口設(shè)定了一個(gè)無線高清晰度視頻連接的新標(biāo)準(zhǔn)。它提供了一個(gè)高品質(zhì),無壓縮的無線連接方式。工作在 4.9GHz5.875GHz 頻段, 20MHz 或 40MHz 通道,符合全球 5GHz 頻譜規(guī)定,范圍是 30 米之內(nèi),可穿透墻壁,并且延遲小于 1 毫秒。 WHDI 支持新的設(shè)備,消費(fèi)者連接其 A/V 設(shè)備和消費(fèi)內(nèi)容, 范圍可以覆蓋整個(gè)家庭, WHDI 允許用戶連接在家庭中的任何源 到任何位置展示。使用 WHDI ,在客廳的電視能顯示臥室里播放的藍(lán)光播放機(jī),高清 影碟機(jī)，廚房電視能顯示在家庭辦公室PC上的內(nèi)容，以及游戲娛樂可以在地下室投影儀玩樂,而無需移動(dòng)游戲機(jī)從孩子們的臥室或地下室。WHDI 這一新標(biāo)準(zhǔn),方便通過非壓縮