淺談超寬帶無線通信技術的特點及其應用

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，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)電信熱門技術之一，受到廣泛關注。

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

1 UWB技術的特點

傳統(tǒng)的通信技術是把信號從基帶調(diào)制到載波上，而UWB技術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設備在電池壽命和電磁輻射上，相對于傳統(tǒng)無線設備有著很大的優(yōu)越性[1]。

2 UWB技術的應用

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技術作為一種新的無線通信技術，由于調(diào)制方式和多址技術的特點使得它具有其他無線通信技術所不具備的優(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可以應用于很多領域，特別在無線通信領域，UWB是一個非常有前景的技術。

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