超寬帶（UWB）無線通信技術

【摘 要】超寬帶無線通信是一種采用脈沖調制的無線通信方式，它具有通信容量大、輻射功率密度低、抗多徑干擾、低功耗低成本、結構簡單和保密性好等優(yōu)點。本文在簡單介紹超寬帶無線通信定義的基礎上，重點介紹了其特點和應用，以及未來發(fā)展方向。

【關鍵詞】超寬帶；無線通信；特點

一、前言

超寬帶無線通信（Ultra-Wideband，UWB）技術作為一種全新的無線通信技術，正日益受到通信界的關注，UWB技術起源于20世紀50年代末，此前主要作為軍事技術在雷達等通信設備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展，人們對高速無線通信提出了更高的要求，超寬帶技術又被重新提出，并備受關注。本文主要介紹超寬帶無線通信技術的定義、特點和基本原理，并介紹了超寬帶無線通信技術的實際應用和發(fā)展情況。

（一）UWB的定義

美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）對超寬帶定義為：超寬帶是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%。例如一個中心頻率為1GHz的UWB系統(tǒng)，它的射頻帶寬應在250MHz以上。UWB技術是一種無載波通信技術，它采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百Mbps。目前，F(xiàn)CC開放的頻段是3.1～10.6GHz，雖然UWB的帶寬非常寬，傳輸速率可達幾Gbps到幾十Mbps，但是UWB系統(tǒng)發(fā)射的功率譜密度可以非常低，甚至低于-41.3dBm-FCCPart15的FCC規(guī)定的電磁兼容背景噪聲電平。在高速無線通信的同時，超寬帶設備所需的發(fā)射功率非常小，僅僅是現(xiàn)有設備的幾百分之一，對于普通的非超寬帶接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，超寬帶可以與現(xiàn)有無線電設備共享帶寬。所以超寬帶是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。

（二）超寬帶無線通信的特點

1、頻帶寬，傳輸速率高 超寬帶以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨占用現(xiàn)在已經擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術使用的頻帶。從信號傳播的角度考慮，超寬帶無線通信由于能有效的減小多徑傳播的影響而使之可傳輸高速率數(shù)據(jù)。

2、結構簡單，成本低 在超寬帶脈沖無線通信系統(tǒng)中，沒有在常規(guī)的基于對正線載波調制的無線通信系統(tǒng)中所需的上、下變頻電路、中頻電路和各種濾波器，實現(xiàn)比較簡單，易于全數(shù)字化，因而成本低。

3、多徑分辨能力強 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)時間遠大于多徑傳播時間，多徑傳播效應限制了通信質量和數(shù)據(jù)傳輸速率。超寬帶無線通信采用的是持續(xù)時間非常短的窄脈沖，其占空比極低，多徑信號在時間上是可分離的。發(fā)射窄脈沖的超寬帶無線信號，在多徑環(huán)境中的衰落不像連續(xù)波信號那樣嚴重。大量的實驗表明，在常規(guī)無線電信號多徑衰落深達10～30dB的多徑環(huán)境，對超寬帶無線電信號的衰落最多不到5dB。

4、穿透能力強 在具有相同絕對帶寬的無線信號中，UWB脈沖的頻率最低。因此它相對毫米波信號具有更強的穿透能力。

5、隱蔽性好 由于UWB信號采用了跳時擴頻，其射頻帶寬可以達到1GHz以上，并且所需平均功率很小，信號被隱蔽在環(huán)境噪聲和其它信號中，難以被敵方檢測，必須采用與發(fā)端一致的擴頻碼脈沖序列才能進行解調，因此增加了系統(tǒng)的安全性。這是超寬帶無線通信最突出的特點。

6、功率低，功耗小 由于超寬帶信號具有極低的輻射功率，且其頻帶極寬，導致其功率譜密度極低，甚至低于環(huán)境噪聲電平，使得超寬帶通信系統(tǒng)具有低截獲/低檢測特性，也不會對現(xiàn)有的常規(guī)通信系統(tǒng)產生不良的干擾和影響，可與之共享頻帶實現(xiàn)共存，從而使頻帶資源得到充分利用。低功率又意味著低功耗，非常適合移動通信設備的應用。同時非常低的輻射功率大大降低了對人體的有害輻射。

（三）超寬帶無線通信的應用和發(fā)展

1、應用領域廣泛 由于具有明顯的技術優(yōu)勢，UWB技術應用領域非常廣泛。超寬帶可以用于低截獲率的內部無線通信系統(tǒng)、超寬帶雷達、防撞雷達、高精度定位系統(tǒng)、無人駕駛飛行和探地雷達等；在信息技術化的今天，超寬帶無線通信在智能交通系統(tǒng)、成像應用、無線傳感網絡以及射頻標識等領域都有很大的應用前景。在數(shù)字化辦公方面則是把傳統(tǒng)的有線連接升級為現(xiàn)在的無線連接，從而使得辦公的環(huán)境更為方便，靈活。同時由于超寬帶無線通信的高傳輸寬帶，使得計算機無論是外設還是主機與會議設備、投影儀、顯示器等設備之間都可以進行連接。與此同時，因為其終端便于攜帶，因此，無論在任何地點都可以接入當?shù)氐?UWB 網絡，從而利用當?shù)氐脑O備臨時構成屬于自己的一臺多媒體計算機，給我們帶來了很大的便利。

2、技術研究日益成熟 超寬帶無線通信目前還是一種新興的無線通信技術，具有傳輸速率高、發(fā)射功率低、通信距離短、多徑分辨率高等優(yōu)點，對于將來數(shù)字化的實現(xiàn)具有十分重要的作用。雖然其傳輸理論還需更深入的研究挖掘，還處于初級的研究階段，但是相信伴隨著不斷地完善，超寬帶無線通信技術的前景將會非常廣闊。

二、結束語

超寬帶無線通信技術作為一種新興的無線通信技術，還處于研發(fā)階段，無論在理論還是應用方面仍有待深入探討隨著無線多媒體應用的普及，預示著超寬帶無線通信在通信領域消費電子領域中將得到大規(guī)模應用，前景也將非常廣闊。

參考文獻：

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[3]孟琰，史健芳. 超寬帶無線通信技術發(fā)展淺析. 科學之友.2012（6）.

作者簡介：

李培培 （1990.02-），山東省濟南市商河縣，碩士研究生，專業(yè)：信息與通信工程。