超寬帶無線通信關鍵技術探討

劉 松

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超寬帶無線通信關鍵技術探討

劉 松

廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310

超寬帶無線通信技術最為關鍵的技術是沖擊無線電技術。沖擊無線電技術之所以成為超寬帶無線通信技術的核心技術，是因為它可以以極高的速度傳輸數(shù)據(jù)信息，還可以防止其他信號的干擾。凡是在十米范圍以內的無線個人局域網(wǎng)，它都可以滿足需求。

超寬帶；無線通信；關鍵技術

1 超寬帶無線通信技術的起源與發(fā)展

UWB（Ultra Wideband，超寬點無線通信）剛開始只被應用于雷達和遙感領域。當發(fā)生自然災害或其他災害的時候，可以采用UWB進行人員搜救。除此之外，軍事行動中的各種各樣的測距問題也都用該技術來解決。二十一世紀初，隨著該技術的不斷發(fā)展，超寬帶無線通信技術逐漸被用于通信。隨后，全球各地區(qū)的相關研究部門和組織也紛紛對該項技術展開研究。其中最值得一提的是，包括英特爾公司和美國Time Domain公司在內的8個機構和公司組成了聯(lián)盟，提出了超寬帶無線通信技術的多帶脈沖物理層模型。兩個月后，多頻帶OFDM聯(lián)盟成立。超寬帶無線通信技術的特殊性在于，這種技術可以不需要任何載波就能完成數(shù)據(jù)的傳輸與接收，并且擁有很寬的帶寬，單位可以達到GHz（吉赫）。因此，超寬帶無線通信技術可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，速度甚至可以高于1000?Mb/s。除此之外，這種技術的成本不高，耗能又相對較低，尤其是抗干擾能力很強，因此吸引了廣泛關注[1]。

2 超寬帶無線通信技術的優(yōu)勢

（1）帶寬很寬，數(shù)據(jù)傳輸速率極高。超寬帶無線通信技術的帶寬可以達到10?GHz，并且以共享頻帶的方式進行數(shù)據(jù)的傳送和接收，有利于緩解目前頻率資源不足的問題。另外，超寬帶無線通信技術的數(shù)據(jù)傳輸速率也十分驚人。在距離為5～10?m的范圍以內，藍牙技術的數(shù)據(jù)傳輸速度為70?Mbit/s，802.11無線網(wǎng)絡技術的數(shù)據(jù)傳輸速度是54?Mbit/s，這都遠遠不如超寬帶無線通信技術。UWB的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到100?Mbit/s，正符合當今社會人們對于大容量數(shù)據(jù)的傳輸需求。（2）生產(chǎn)成本很低。采用的是無載波通信的方式，即以0或1的方式發(fā)送瞬間信號，而不是連續(xù)的脈沖信號，并且發(fā)射功率也比較低（單位是毫瓦），僅占其他無線通信系統(tǒng)發(fā)射功率的十分之一到百分之一。這個特點極大地減少了電能的使用。對比分析結果顯示，超寬帶無線通信技術的用電量僅占傳統(tǒng)通信方式用電量的百分之一到千分之一。（3）保密度很高。由于超寬帶無線通信技術的發(fā)射功率不高，信噪差異比較小，所以很難被檢測器檢測接收。除此之外，該技術采用的擴頻方式并不是連續(xù)的，因此如果要截獲其相關的發(fā)射數(shù)據(jù)信息，就必須得到發(fā)射端的發(fā)射序列。這個特點使UWB擁有了保密性極強的優(yōu)勢。（4）抵御信息干擾的能力很強。超寬帶無線通信技術使用的擴頻方法并不是連續(xù)的擴頻方法，這種特點使得超寬帶無線通信技術輸出的發(fā)射信號比較低，信噪差異不明顯，處理增益更大。除了UWB的接收器外，一般其他系統(tǒng)的接收機很難接收、識別UWB發(fā)射的輸出信號。對比以往使用的無線通信技術，UWB更能防止自身的數(shù)據(jù)信號被影響。（5）穿透能力強。由于超寬帶無線通信技術發(fā)射的脈沖速度很高，可以輕易地透過厚木板、混凝土、水泥等物，所以超寬帶無線通信技術擁有了包括測量距離、物體透視、確定位置、防止交通工具相互撞擊等在內的更為廣闊的應用領域[2]。

3 超寬帶無線通信技術的劣勢

（1）對其他無線通信系統(tǒng)造成一定程度的干擾。UWB技術雖然擁有非常寬的帶寬，而且是共享通信頻帶，但是也存在一種可能，即超寬帶無線通信系統(tǒng)和現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)通信系統(tǒng)所用頻帶有相互重疊的部分。而且在航空航天、軍事應用和天文等領域的應用中不能提供符合要求的極寬的頻帶區(qū)域。研究表明，超寬帶無線通信技術在接收和發(fā)射信號時會對包括全球定位系統(tǒng)等在內的應用窄帶的無線通信系統(tǒng)產(chǎn)生影響，干擾這些系統(tǒng)的信號[3]。（2）超寬帶無線通信系統(tǒng)的信號接收受其他系統(tǒng)影響。當傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的門限值比超寬帶無線通信系統(tǒng)門限值高的時候，傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的發(fā)射器發(fā)射的窄頻信號就要比超寬帶無線通信系統(tǒng)的發(fā)射器發(fā)射的門限值高。這就導致了超寬帶無線通信系統(tǒng)的接收器的頻帶寬度與相對應的濾波器和天線的頻帶寬度精確度要求不相符。在這種情況下，傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)會對UWB技術的信號接收造成影響。（3）其他的劣勢。超寬帶無線通信技術由于是瞬時脈沖，脈沖具有瞬間性，不能進行精確的定時，給檢測接收帶來麻煩。另外，超寬帶無線通信技術不能像其他的無線通信技術一樣，僅控制外噪聲干擾。它不僅要控制外噪聲，還要對微型控制器所產(chǎn)生的噪聲進行一定的控制和處理。如果想要在不產(chǎn)生干擾的前提條件下，擁有高信道容量，提高傳送和接收數(shù)據(jù)的速度，只能通過提高平均脈沖的頻率等方式來實現(xiàn)。從這一點來看，超寬帶無線通信技術和其他的無線通信技術沒有區(qū)別，都是需要將帶寬效率、發(fā)送峰值功率以及性能等進行有機結合，靈活運用。

4 超寬帶無線通信技術的應用

超寬帶無線通信技術在這個信息被大量需求的時代備受關注，該技術幾乎在各個領域都得到了應用。起初，軍事雷達和許多定位系統(tǒng)等在內的不少軍事設備的制作都采用了超寬帶無線通信技術。此后，UWB開始進入普通老百姓的視野，普通非軍用目的的測距、定位，以及掃描成像、交通工具的防撞等都采用該技術。

5 超寬帶無線通信技術的發(fā)展前景

超寬帶通信技術作為一種民用產(chǎn)品，已與我們的生活息息相關。其低耗能、高速率的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)完全數(shù)字化，在數(shù)據(jù)信號的傳輸上達到高速傳播。同時，超寬帶通信技術有著廣闊的發(fā)展前景。在移動通信技術深入發(fā)展的時代，超寬帶通信技術與互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術的發(fā)展相輔相成，為日常生活帶來很大的便利。超寬帶通信技術關于通信容量和有限的頻譜資源分配技術的研究，在美國、日本等國家已經(jīng)取得了很大的進展，為超寬帶無線通信技術的廣泛應用提供了更加廣闊的發(fā)展空間。同時，由于移動互聯(lián)網(wǎng)和移動通信技術實現(xiàn)了全方位、多領域的全面覆蓋，因此超寬帶無線通信技術在無線通信方面的優(yōu)勢更加明顯，更加適應我國人口密集、商業(yè)活動頻繁的現(xiàn)狀。作為一項可以與其他無線通信技術兼容的新型技術，超寬帶無線通信技術的發(fā)展將會進一步促進其商業(yè)化進程。

6 結論

自二十世紀六十年代興起以來，超寬帶無線通信技術實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸，擁有成本低、能耗少，抗干擾能力和保密能力強等特點，吸引了全世界的關注。然而，超寬帶無線通信技術目前還存在一些尚未解決的問題。為了解決這些技術難題，我們應不斷研究，為我國超寬帶無線通信技術的進一步發(fā)展貢獻力量。

[1]周先軍，胡修林，張?zhí)N玉，王甲池.超寬帶無線通信關鍵技術[J].電子技術應用，2015，10（10）：50-53.

[2]李育紅，周正.超寬帶無線通信技術的新進展[J].系統(tǒng)工程與電子技術，2015，1（8）：20-24.

[3]劉翔.超寬帶無線通信相關技術的研究[J].科技創(chuàng)新導報，2015（5）：2-3.

Discussion on Key Technologies of UWB Wireless Communication

Liu Song

Guangzhou GCI Science & Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510310

The most critical technology of ultra-wideband wireless communication technology is the impact of radio technology, the impact of radio technology has become the core technology of ultra-wideband wireless communication technology, because it can transfer data at very high speed, but also to prevent other signals Interference, all within the range of ten meters of wireless personal LAN, it can meet their needs.

ultra wideband; wireless communication; key technology

TN925

A

1009-6434（2017）02-0031-02