超寬帶技術在未來無線通信中的應用

馬立群

【摘 要】對超寬帶技術最早進行使用的是美國國防部，只是隨著這項技術的發展，才最終在后來實現統一的理解和定義。隨著網絡技術的發展，越來越多的人追求起高速率。在本文中，筆者就對超寬帶這種技術從概念、技術特點、應用情況和技術挑戰等方面進行分析，并對超寬帶技術在未來的發展前景給予了肯定。

【關 鍵 詞】 超寬帶技術 無線通信 技術特點 應用 挑戰

【中圖分類號】 TN92【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0246-02

從我們現在身邊的生活的各種科技的應用，就可以發現，隨著無線通信技術在全世界的不斷發展，有線通信時代即將成為歷史，無線通信會在不久的未來取代有線通信技術，并逐漸成為通信領域最有活力的新工具、新方法，可以應對人類對通信技術不斷變化的需求，可以適應新興的科技快速的發展速度。尤其是近幾年，超寬帶技術的應用領域逐步擴大，而這項技術本身具有巨大的潛力發展的特點，通過近些年不斷取得的新的進展，從國防到社會生活中都可以看到這項技術在各個領域的存在。

一、超寬帶無線通信技術的概念

超寬帶這個屬于來源于美國國防部，也被稱為UWB，事實上這是對在一定頻率范圍內的信號的狀態的定義，在定義規范中對信號達到二十分貝、帶寬超過一點五千兆赫茲或者分數帶寬大于25%，那么這個信號就是超寬帶信號，超寬帶無線通信就是使用超寬帶信號進行的無線通信。

相比于現在常用的一些通信方式使用的連續載波通信技術，超寬帶通信技術采用的是很短的脈沖，利用平均的信號的效果就是每個脈沖的持續時間是很短的，通常只有幾十皮秒到幾納秒，但這些脈沖所占用的帶寬甚至高達幾千兆赫茲。因此，最大數據傳輸速率會達到每秒數百個兆比特（見圖一）。

二、超寬帶技術的特點（見表1）

1、具有很好的共存性

超寬帶技術所使用的UWB發送裝置的發送功率是非常小的，所以從理論上講，超寬帶技術和其他現有的通信技術系統，可以使用的共享頻譜。這種共存的超寬帶技術為實際應用提供了基礎。而且超寬帶技術通信的發送功率可以通過使用者或管理者進行人為地控制，這樣就可以有效避免與其它信號出現的干擾情況。

2、傳輸速率高

隨著人們對信息需求量的增加，對數據傳輸通信的速度追求也逐步增加，但是現有的各種通信傳輸速率都不能令人滿意，而超寬帶無線通信的數據傳輸速率最低可以達到每秒數兆比特，高的可以達到每秒幾十兆比特，這遠高于現在所有的通信傳輸技術的傳輸速度。

3、抗干擾性能強

UWB信號的傳輸屬于無線信號的傳輸，在傳輸的時候分布在很寬的頻帶里，自身的輸出功率小，利用接收器可以恢復傳輸的信號，在進行解擴的過程中會產生擴頻增益的信號能量。這是因為具有這個特點，相比于現有的多數通信傳輸技術，具有更強的抗干擾性。

4、帶寬極寬

顧名思義，超寬帶技術的命名就是因為其帶寬一般都是在一千兆赫茲以上，甚至有的帶寬高達幾千兆赫茲，而超寬帶又具有與其他通信技術共存的特點，就可以使現在的無線信號傳輸獲得新的一種頻率資源，有效解決現存的問題。

三、超寬帶無線技術的應用

1、高速無線個人網

據數據統計，全世界的網民有二十二億多，其中有三分之二都在家上網，可見個人用戶對網絡需要的龐大，目前一般的個人網絡用戶的數據傳輸速率為100？500 Mb/s，采用的多是點對點的傳輸形式。而個人網絡用戶對網絡傳輸速率的需求更大，而且對數據的使用需求更多，這就需要高速的無線網絡傳輸，也就是超寬帶技術。

2、無線以太網接口鏈路

WEIL現在廣泛應用于家庭電腦以及智能手機系統，WEIL應該滿足以下要求：符合個人電腦制造商的需求，可以成為以太網電纜的替代品的需求；可以在消費者的角度實現個人電腦和液晶平面的高質量的無線視頻傳輸功能，使無線數字視頻可以進行傳輸。

3、智能天線區域網

IWAN的特點是：對于房間或辦公室的高密度設備，覆蓋范圍為三十米。設備的要求必須符合成本低、功耗低為用戶提供家庭/辦公室的智能網絡分布。設備必須滿足精確定位、跟蹤，在當前短程窄帶網絡可以讓環境敏感的設備進行使用等功能。

4、室外點對點網絡

使用什么樣的標準來確定網絡集中式或分布式的架構，這是一個需要進一步研究的技術問題。隨著使用UWB的監管取得了不斷的進步，這種情況可能會發生改變。

5、傳感器，定位和識別網

在工業應用中，必須要有先進的功能，以應對動態地改變需要，對它的界面和傳播環境的鏈路可靠性和自適應系統作出合理的反應。在不同的情況下，實現各種網絡的無條件共存和互操作性。

四、技術挑戰

目前基于窄帶載波調制的短距離無線系統，無法實現視頻的高速傳輸，對移動終端的準確位置不能進行確定，對位置敏感的應用程序不能進行支持，但是很多用戶都需要這幾種系統的能力，這也是超寬帶下一步的研究方向。

調制和編碼技術在該領域，也出現了一些新的挑戰。因為最初在軍事上使用超寬帶技術并不把追求高容量作為一個主要目標。但是隨著這種技術在其他系統中的大量使用，用戶容量成為首先要考慮的問題。編碼和調制就是為了適應多用戶對高容量的需求所研究出的一種方法，以信道編碼技術調節系統容量這種最有效的方法來提高系統容量。

此外，雖然該系統具有UWB多徑效應的抗干擾的能力，但是仍然會受到系統的多徑效應的制約。在特殊情況下，可能會導致大的室內環境中信號的傳輸出現多徑信號的傳播現象，這就需要有一種有效的方法用于減輕這些影響。

另一個挑戰來自于物理層UWB設備的天線設計和實施。在正常情況下，需要小的和便攜式通訊設備的天線，但是這樣的天線很容易損壞，就需要集成到移動設備中，可以在不同的環境中有效地工作。

另一個問題是，來自其他無線接收機的帶內干擾信號會對UWB傳輸造成干擾。正是這種發生的很接近的干擾問題，使很多技術人員開始進行研究，因為UWB發射功率譜密度比較小，容易受到UWB接收機的噪聲和干擾。

綜上所述，盡管目前現有的UWB技術在一些方面還存在問題，但隨著無線多媒體應用的日益普及，超寬帶技術會在無線通信的領域獲得廣泛的應用，會有很好的發展前景。

參考文獻

[1] 張靖.超寬帶無線通信技術及發展[J]電信科學，2001，（11）

[2] 武林俊、李燕文.超寬帶技術在未來無線通信中的應用[J]現代電子技術，2007，（13）

[3] 孟琰、史健芳. 超寬帶無線通信技術發展淺析[J]科學之友，2012，（06）