淺談超寬帶無線通信技術(shù)的特點及其應用

李家全，翁學林

蘇州市公安局平江分局，江蘇 蘇州 215031

美國聯(lián)邦通信委員會2002年對UWB定義為工作在3.1GHz～10.6GHz頻帶內(nèi)，-10dB相對帶寬大于20%，或者-10dB絕對帶寬超過500MHz的為超寬帶（Ultra Wide-band,UWB）。它是在較大的帶寬上實現(xiàn)速率為100Mbps-1Gbps傳輸?shù)募夹g(shù)，由于其具有系統(tǒng)容量大、多徑分辨能力強、功耗低等特點，所以，被認為是未來幾年內(nèi)電信熱門技術(shù)之一，受到廣泛關(guān)注。

UWB在過去很長的時間里主要被應用在雷達和GPS定位設(shè)備中，近年來其應用被拓展到了寬帶無線通信等領(lǐng)域中，并備受關(guān)注，如摩托羅拉、Nokia等通信設(shè)備制造商開始UWB的研發(fā)工作。我國在“十五”國家863計劃通信技術(shù)主題研究項目中，也將“超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)”列為重要研究內(nèi)容。

1 UWB技術(shù)的特點

傳統(tǒng)的通信技術(shù)是把信號從基帶調(diào)制到載波上，而UWB技術(shù)是通過具有有限陡上升和下降時間的沖擊脈沖對數(shù)據(jù)進行直接調(diào)制，從而具有GHz量級的帶寬，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達幾百Mbps。其主要特點有：

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簡單

由于UWB是通過發(fā)送納米級脈沖來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸，無需使用載波，所以UWB發(fā)射器可以直接使用脈沖小型激勵天線，避免了功用放大器與混頻器的使用，降低了UWB的發(fā)射器的成本。而UWB的接收機也不同與傳統(tǒng)的接收機，無需中頻處理，實現(xiàn)起來也比較簡單，如圖1。接收過程中，脈沖信號通過天線匹配、濾波、放大后直接A/D轉(zhuǎn)換，交由數(shù)字信號處理器處理復雜的匹配濾波、分集接收、均衡、解交織、譯碼等基帶處理。通過一個基帶信號處理芯片、射頻信號處理芯片和UWB天線完成整個UWB信號收發(fā)。

圖1 UWB 接收機原理圖

2）信號占有頻帶寬、傳輸速率高。由于目前FCC開發(fā)的頻段是3.1GHz～10.6GHz， UWB系統(tǒng)發(fā)射的功率譜密度低而平坦，極寬的頻帶加上室內(nèi)多徑影響的消除，使得傳輸速率可達到每秒幾千兆比特。

3）強大的多徑分辨能力。常規(guī)無線通信的射頻信號大多是連續(xù)信號或者持續(xù)時間遠大于多徑傳播時間，這使得大量的多徑分量交疊，造成多徑衰落，降低了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。超寬帶無線通信發(fā)射是持續(xù)時間極短的單周期脈沖，經(jīng)多徑反射的延時信號與直達信號在時間上可以分離，抗多徑衰落能力較強。

4）抗干擾能力強；UWB系統(tǒng)占用更寬的信號帶寬，具有更低的平均功率譜和很高的瞬時功率，在擴頻處理增益和抗截獲/探測概率兩項重要性能指標上均遠高于常規(guī)擴頻通信系統(tǒng)。

5）功耗較低。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0.20ns～1.5ns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μW～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[1]。

2 UWB技術(shù)的應用

UWB通信利用了相當寬的帶寬，并且能夠與其他的應用共存，因此UWB可以應用在很多領(lǐng)域，如：智能交通系統(tǒng)，無線傳感網(wǎng)，個域網(wǎng)，射頻標識，成像應用等。利用UWB的搜索和定位功能可以制造雷達，裝載雷達的汽車等遇到障礙物會及時給與提醒，利用UWB還可以建設(shè)智能交通管理系統(tǒng)，系統(tǒng)由若干站臺裝置和車載裝置組成無線通信網(wǎng)。UWB可以在限定的范圍內(nèi)以很高的數(shù)據(jù)速率、很低的功率傳輸信息。UWB能夠提供快速的無線外設(shè)訪問來傳輸文件、視頻、圖像等，特別適合應用于個域網(wǎng)。

3 結(jié)論

UWB技術(shù)作為一種新的無線通信技術(shù)，由于調(diào)制方式和多址技術(shù)的特點使得它具有其他無線通信技術(shù)所不具備的優(yōu)勢，如：很寬的帶寬，高速的數(shù)據(jù)傳輸、功耗低、安全性高等。超寬帶無線通信系統(tǒng)還可與其他系統(tǒng)共存，因此UWB可以應用于很多領(lǐng)域，特別在無線通信領(lǐng)域，UWB是一個非常有前景的技術(shù)。

[1]任春林，文武.超寬帶無線通信技術(shù)及應用研究[J].電信快報，2007(2)：34-37.