超宽带无线通信技术发展趋势探讨

李灿

（安徽电信规划设计有限责任公司，安徽 合肥 230038）

超宽带无线通信技术发展趋势探讨

李灿

（安徽电信规划设计有限责任公司，安徽 合肥 230038）

作为全新的一种通信技术，近年来，超宽带无线通信技术得到了广泛研究。它有效地解决了传统短距无线通信技术中存在的系统复杂、信道衰落、功耗大等诸多问题。本文在简单介绍无线通信的概念的基础上，分析了超宽带无线通信技术自身的特点，同时分析研究了几种不同的超宽带无线通信的具体实现方案和各自的特征与不足。

无线通信；无载波脉冲；超宽带

1 超宽带无线通信技术简介

上世纪八十年代末期，超宽带这一技术被美国国防部(DaRPa)首次提出：一个信号处于20dB处的分数带宽大于25%或是绝对带宽大于1.5GHz时，则称该信号为超宽带信号。采用超宽带信号来实现信息的传输就叫做超宽带无线通信(UWB)。根据2002年美国将超宽带技术应用于民用的定位，指出超宽带技术是信号绝对带宽大于等于500 MHz，或者是相对带宽大于等于0.2，同时在3.1 GHz～10.6 GHz的频段范围内进行通信。

UWB实现了无线局域网和个人局域网接口卡的无缝接入，并保证了技术应用过程中的低功耗、高带宽、结构简单的特征。具体来说，UWB技术具备了以下诸多优点：

1.1 传输速率高

UWB系统采用了千兆赫兹为计量单位的超宽频带,即便是发送信号功率谱密度很低，同样能够保证信息传输速率达到100Mb/s～500 Mb/s。根据信道容量的计算公式,若带宽为7GHz,即便信噪比在-10dB以下，计算得到的理论信道容量也在1Gb/s,因而，考虑到信号在传输中的损失，要实现100Mb/s以上的传输速率也是可以的。

1.2 通信距离短

高频信号的强度会随着传播距离的延迟而出现快速衰减，所以在短距离数据通信中，采用超宽频带系统更为合理。分析研究指出，当收发机距离在12m以上时，UWB的信道容量较窄带系统要低得多。

1.3 平均发射功率低

UWB发射机在短距离通信传输中通过牺牲带宽来保证发射功率低于1mW。FCC对UWB的发送功率谱密度进行了严格规定，必须小于放射噪音值-41.3 dBm/MHz，所以，从理论上讲，UWB信号所带来的干扰相当于一宽带白噪声。这样带来了几点优势：实现了UWB系统与窄带通信系统在同一频段的共存，有限提高了无线资源的有效利用；提高了UWB信号传输的稳定性和隐蔽性。

1.4 多径分辨率极高

UWB采用的是持续时间短的窄脉冲，在时空三维空间的分辨率都非常强，因而，系统具有极高的多径分辨率，通过接收机的分集分离具备超强抗衰落能力，保证了系统在定位、跟踪方面的高精确度。并且，窄脉冲的超强穿透力也使得UWB系统具有更为广泛的利用价值。

1.5 适合于便携型应用

过往的UWB技术大部分是基于基带实现数据通信的传输，因而不需要射频调制以及解调，这样降低了设备的成本、提高了性价比，且功耗低，易于携带。

2 超宽带无线通信相关技术的探讨

目前超宽带无线通信实现无线通信的方案包括以下几种：基于MB-OFDM的超宽带无线通信系统、单载波DS-CDMa方案、无载波脉冲方案。无载波脉冲方案可采用脉冲位置、脉冲幅度、二进制移相键控调整等多种调制方式，这样精简了无线通信技术的结构，降低了成本，但是同样也降低了频谱的利用率。多子带载波调制方案提高了频谱的利用率和使用空间，提高了系统的应用性能。

2.1 无载波脉冲技术在超宽带无线通信系统的应用

无载波脉冲超宽带通信技术中核心技术是脉冲。当前更多的是采用光电和电子方法来形成脉冲，并由专用宽带天线将形成的脉冲以数百兆赫的速度发生，使脉冲信号在时空上随机分布，在时频域上形成多个噪声编码信道，对应的位移类似噪声信号。从根本上讲，超宽频技术发展的根本条件是产极窄脉冲“纳秒级”的信号源。单个无载波窄脉冲信号本身具有两方面的优势：激励信号是一种单个窄脉冲，波形分布为陡峭前沿形式；激励信号的频谱非常宽阔。单脉冲能够利用诸如高斯波形、升余弦等不同类型的波形。采用无载波脉冲超宽带进行数据通信中，位于收发端的数据天线对接收到的信号具有一次微分效应，即系统的输出信号与输入信号是导数关系。

作为当前应用最多的超宽带通信方式，无载波脉冲方案由发射机生成相应的基带窄脉冲序列，传统的信息信号需通过PPM、BPSK、PaM等多种调制手段来携带信号。而基带窄脉冲序列不需要进行调制，信号可直接对空发送，如图1所示，为采用无载波脉冲位置对调制超宽带无线通信系统。

图1 UWB发射机功能图

2.2 单载波DS-CDMa方案

在单载波DS-CDMa系统中，由DS-CDMa进行传输通道的扩频，由单载波对传输信号进行调制，保证了信号在适当的频带范围内进行准确传输，当前，FCC规定超宽带通信频谱范围保持在3.1GHz-10.6GHz。传统的无载波脉冲中有部分低频分量，因而很难达到FCC的标准；而采用单载波DS-CDMa方案则实现了频谱的搬移，有效地解决了这一问题。

2.3 基于MB-OFDM技术的超宽带无线通信系统

MB-OFDM系统中将整段使用的频段划分为长度不等的多个子频带，各子频保持在500MHz带宽，每个划分的子频带携带着一个OFDM信号，这个OFDM信号由不同数量的子载波信号通过正交关系合成。相较于传统的OFDM方法，采用OFDM的合成信号在符号长度、循环前缀张度等一些数据参数上存在较大的不同。系统中的OFDM合成信号随着时间的不同而对不同中心频率载波进行调制，确保信号能够在不同的子频带内进行传播。OFDM充分利用了频谱特性，当系统中存在较大子载波数时，各子载波通过信号叠加获得一个具有矩形特性的总信号，因而实现了频谱资源的利用。

图2 MB-OFDM方案频谱与子带分配

MB-OFDM方案在利用频谱过程中还具备了很强的灵活性。各级通信设备间存在的干扰情况，通过降低子频带的发射功率和减少子频带的发射数量来降低干扰，改善网络的性能，并能够对子载波进行抑制，从而提高对OFDM信号控制的精确度。

多带方式还实现了有效选择MaC的频分多址(FDMa)。不同微网或通信设备利用不同的子频带集合，或采用不同各自的时频序列来当作地址码，实现了各自的独特性。同样，可以融合FDMa、TDMa、CDMa等不同方式，对多址方案进行灵活的设计选择。

3 超宽带无线通信的发展趋势

超宽带无线通信在具备多方优势的同时，同样也存在着诸多不足，如宽带占用大，导致对其他无线通信系统造成强烈干扰，因而，众多学者一直对超宽带无线通信的频率使用有着很大的争议；另一方面，超频带在信号发射中具有较低的平均功率，脉冲时间也很短暂，这样它的瞬时功率峰值就会非常大，这在一些行业使用上会有影响。

然而，这并不会对超宽带无线通信的发展和运用造成影响。当前，无线多媒体、无线技术方面大量运用无线通信技术，根据客户的需求，自组小范围自有网络，传输数据，并可将数据传输到网络中。同时，超宽带无线通信被广泛应用于无线通信和定位系统、智能交通系统等，为交通智能收费、汽车行驶安全提供了低成本高性能的解决方案。利用具备无载波脉冲方式的超宽带无线通信系统穿透力强的特点，将其应用于军事、勘探等多个领域中，取得了非常好的效果。

超宽带无线通信作为当前一种新兴的无线通信技术，尽管还有许多的不成熟，但其应用前景还是十分明朗的。随着智能化电子设备发展加快，对短距离的数据实现快速传输愈发迫切。当前的超宽带无线在频率管制、标准化等方面虽与无线技术相互竞争，但随着无线多媒体发展，其在消费电子、通信等领域会有大规模应用。

4 结语

超宽带无线通信技术是当前电子通信领域发展的重点。本文对超宽带无线通信的发展进行了简介，针对其技术上的功能和特征进行了具体分析，并以此为基础，探讨了超宽带无线通信技术的发展趋势，针对MB-OFDM的超宽带无线通信系统、单载波DS-CDMa方案、无载波脉冲方案进行了特点分析和应用前景探讨，以期让超宽带无线通信技术获得更好的发展应用。

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[2]崔小雯．超宽带无线通信技术在智能家居系统中的应用．辽东学院计算中心，2010．

[3]IT专家网．浅论：无线通信技术现状[EB/OL]．2010．

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[5]张贤达，保铮．通信信号处理[M]．国防工业出版社，2000．

Discussion on the Development Trend of UWB Wireless Communication Technology

Li Can
(anhui Telecommunication Planning and Designing co.,LTD,Hefei 230038,anhui)

as a new communication technology,Ultra wideband wireless communication technology has been widely studied in recent years.It effectively solves the problems of complex systems,channel fading and big power consumption in traditional shortrange wireless communication technology.Based on the concept of wireless communication,this paper analyzes the characteristics of the ultra wideband wireless communication technology.It also analyzes the implementation of several different ultra wideband wireless communication and their respective characteristics and shortcomings.

wireless communication;carrier-free pulse;ultra wideband

TP393

a

1008-6609(2016)03-0056-03

李灿，男，安徽砀山人，学士，工程师，研究方向：移动通信。