超寬帶無線通信技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐

毛矛

摘要：隨著人們生活水平的提高，對(duì)無線通信的需求也越來越大，超寬帶無線通信技術(shù)是一種新興的技術(shù)，與傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比，其運(yùn)行能耗以及成本大大降低。本文主要分析討論了超寬帶無線通信技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：超寬帶；無線通信；實(shí)踐應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）04-0024-02

超寬帶無線通信技術(shù)，有效的解決了傳統(tǒng)無線通信技術(shù)在傳播上的遇到的難題，是目前備受矚目的短距離高速通信技術(shù)。寬帶技術(shù)又叫作脈沖無線發(fā)射技術(shù)，在3.1GHz到10.6GHz之間，占用10dB帶寬大于500Hz。在傳統(tǒng)的無線通信過程中，把信號(hào)按照不同的載波頻率調(diào)節(jié)到不同的頻帶，使載波頻率和載波功率在特定范圍發(fā)生改變，根據(jù)狀態(tài)變化實(shí)現(xiàn)信息傳輸。對(duì)于超寬帶技術(shù)來說，不需要載波的作用就可以通信，利用脈沖信號(hào)來傳遞信息，脈沖信號(hào)是一種產(chǎn)生和消失頻率很快、時(shí)間很短的信息，與傳統(tǒng)的無線通信技術(shù)相比具有很大的優(yōu)勢(shì)。

1 超寬帶無線通信技術(shù)的特點(diǎn)

1.1 傳輸速率高

超寬帶無線通信系統(tǒng)使用的是上千兆赫茲的頻帶，發(fā)送信號(hào)功率譜的密度較低時(shí)，也可以達(dá)到100～500Mb/s傳輸速率。比如在使用7GHz帶寬時(shí)，當(dāng)信噪比降至-10dB，其理論信道容量也可以實(shí)現(xiàn)1Gb/s，所以在實(shí)際傳輸過程中完全可以達(dá)到超過100Mb/s的速率。

1.2 通信距離短

由于超寬帶系統(tǒng)在遠(yuǎn)距離傳輸過程中高頻信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)迅速衰減，所以，超寬帶通信系統(tǒng)多用于短距離通信。理論分析證明，如果收發(fā)機(jī)之間的距離超過12米，超寬帶通信系統(tǒng)的信道容量就會(huì)比傳統(tǒng)寬帶系統(tǒng)小。

1.3 平均發(fā)射功率低

超寬帶系統(tǒng)在短距離信息傳輸過程中，由于犧牲了帶寬，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率可以降到1mW以下。美國聯(lián)邦通訊委員規(guī)定，超寬帶無線通信的發(fā)送功率譜密度不可以超過規(guī)定值-41.3 dBm/MHz，所以，與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，超寬帶通信系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)干擾與一寬帶噪聲相當(dāng)。因此有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）在相同頻段，超寬帶通信系統(tǒng)與窄帶通信系統(tǒng)可以形成很好的共存關(guān)系，提高了無線頻譜資源的使用率，有效緩解無線頻譜資源緊張的問題；（2）超寬帶通信系統(tǒng)具有良好的信號(hào)隱蔽性，減小被截獲的可能性，具有很高的保密性能。

1.4 多徑分辨率非常高

超寬帶通信系統(tǒng)采用的是窄脈沖方式，持續(xù)時(shí)間很短，在空間和時(shí)間上有很強(qiáng)的分辨力，所以多徑分辨率也很高，接收機(jī)的分集作用可以增強(qiáng)抗衰減能力，提高測(cè)距、定位以及跟蹤的精度。重要的是，窄脈沖的穿透力很強(qiáng)，可以透過各種障礙物，比如墻壁和和門窗，所以，超寬帶通信系統(tǒng)的應(yīng)用范圍很廣。

1.5 適用于便攜型應(yīng)用

超寬帶通信系統(tǒng)通過基帶完成信息的傳輸，省去了射頻調(diào)制和解調(diào)環(huán)節(jié)，使得設(shè)備的功耗較小，生產(chǎn)成本低，具有很高的靈活性，適合便攜型無線通信[1]。

2 超寬帶無線通信技術(shù)的應(yīng)用

2.1 高速無線個(gè)人網(wǎng)

在高速無線個(gè)人網(wǎng)的配置上，每個(gè)房間可安裝5-10個(gè)活動(dòng)設(shè)備，活動(dòng)范圍是1-10m，信息數(shù)據(jù)傳輸速率為100到500Mb/s，依據(jù)當(dāng)前的無線或有線標(biāo)準(zhǔn)，在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)涞幕A(chǔ)上，通過中繼與外界連接[2]。

2.2 無線以太網(wǎng)接口鏈路

可以把高速無線個(gè)人網(wǎng)的信息傳輸速率調(diào)整到更高的頻率，達(dá)到2.5Gb/s。無線以太網(wǎng)接口鏈路的要求：（1）計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠商要儲(chǔ)備以太網(wǎng)的替代品；（2）對(duì)于用戶來說，計(jì)算機(jī)與屏幕之間應(yīng)具備高性能的無線視頻傳輸能力，實(shí)現(xiàn)無線數(shù)字視頻的傳送。

2.3 智能天線區(qū)域網(wǎng)

通常設(shè)置在設(shè)備密度高的地點(diǎn)，比如室內(nèi)或者辦公室內(nèi)，覆蓋范圍可達(dá)30米。智能天線區(qū)域網(wǎng)在室內(nèi)或者辦公室等有高密度設(shè)備的地方，其覆蓋范圍為30m。智能天線區(qū)域網(wǎng)能耗和成本都比較低，可以在家庭用戶和辦公室智能分布。此外，智能天線區(qū)域網(wǎng)還能夠使定位和跟蹤更加精確。

2.4 室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

室外點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)需要把超寬帶無線通信設(shè)備配置在室外，主要用于掌上電腦上的信息交流和文字、圖片、視頻的在線觀看和下載，根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)確定點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，有集中式和分布式。

2.5 傳感器，定位與識(shí)別網(wǎng)

設(shè)備密度很高，每個(gè)區(qū)域設(shè)備數(shù)量甚至能夠達(dá)到幾百個(gè)，在工廠和倉庫等地點(diǎn)應(yīng)用較多，傳送帶有定位信息的低速數(shù)據(jù)。傳感器，定位與識(shí)別網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有很大的使用范圍，例如主從拓?fù)?，?dú)立設(shè)備可安置在距離主站100米處。在工業(yè)中應(yīng)用傳感器、定位與識(shí)別網(wǎng)時(shí)，對(duì)高級(jí)鏈路的可靠性和適應(yīng)性有很高的要求，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的接口和傳播環(huán)境及時(shí)作出反應(yīng)。

3 超寬帶無線通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 通信領(lǐng)域

（1）智能數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)。超寬帶技術(shù)可以與家用電器聯(lián)系在一起，比如電腦、掌上電腦、監(jiān)控系統(tǒng)、電腦、電視等。（2）由于超寬帶技術(shù)可提供的速率范圍比較廣，很好的滿足了無線USB對(duì)速率的需求，有望成為無線USB傳輸?shù)奈锢韺訕?biāo)準(zhǔn)。（3）可以應(yīng)用于公路信息服務(wù)系統(tǒng)，使信息服務(wù)速率得到很大提高，提供交通信息、天氣信息路況導(dǎo)航等服務(wù)，在車輛防撞系統(tǒng)以及智能收費(fèi)系統(tǒng)中也得到廣泛的應(yīng)用。（4）在軍事上的應(yīng)用，超寬帶無線通信系統(tǒng)對(duì)信息數(shù)據(jù)的傳輸具有強(qiáng)大的保密性能，大大降低了信息被截取和檢測(cè)的概率，因此被廣泛應(yīng)用于軍事中，目前已經(jīng)達(dá)到很高的發(fā)展水平[3]。

3.2 雷達(dá)監(jiān)視領(lǐng)域

實(shí)際上，超寬帶無線通信技術(shù)在雷達(dá)領(lǐng)域已經(jīng)有50多年的研究歷史了，是最早被應(yīng)用的領(lǐng)域。所以，在當(dāng)今社會(huì)，雷達(dá)領(lǐng)域中的超寬帶技術(shù)已經(jīng)非常完善，在使用亞納秒級(jí)信號(hào)時(shí)，也能獲得高分辨率的空間距離信息，通過與寬頻譜的結(jié)合，使雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別能力更加精確，即使是復(fù)雜的目標(biāo)也能夠得到細(xì)微的特征。此外，應(yīng)用超寬帶技術(shù)的雷達(dá)系統(tǒng)可以發(fā)出穿透力極強(qiáng)的信號(hào)，可以透過地表、樹木以及云層探測(cè)到隱蔽的目標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)有安全監(jiān)視、穿墻雷達(dá)以及探地雷達(dá)等。

3.3 定位功能

在生產(chǎn)生活中的許多領(lǐng)域都會(huì)需要定位功能，無論是軍用還是民用都要保證定位信息的精準(zhǔn)。在實(shí)際生活中主要用于導(dǎo)航定位、災(zāi)害搜救、物品的尋找等方面。超寬帶無線通信技術(shù)可以使定位系統(tǒng)在任何地點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。比如被廣泛應(yīng)用的車載導(dǎo)航，可以自動(dòng)幫助司機(jī)規(guī)劃行車路線，對(duì)行駛目的地進(jìn)行精準(zhǔn)定位，避免司機(jī)找不到路或者繞路現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)語

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，人們對(duì)無線通信技術(shù)有了更高的要求，無線通信行業(yè)要有創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)習(xí)和借鑒先進(jìn)的技術(shù)，改進(jìn)和完善超寬帶無線通信技術(shù)，使之更好的為人們服務(wù)，促進(jìn)無線通信行業(yè)整體的發(fā)展進(jìn)步。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，超寬帶無線通信技術(shù)的應(yīng)用前景一定會(huì)變得越來越廣泛。

參考文獻(xiàn)

[1]盧華.超寬帶技術(shù)在未來無線通信中的應(yīng)用與實(shí)踐探索[J].中國新通信，2016，（10）：33-34.

[2]趙麗麗，王莉，蘇麗娜，鞠曉潔.淺談超寬帶無線通信技術(shù)的發(fā)展[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011，（03）：31.

[3]張新躍，沈樹群.UWB超寬帶無線通信技術(shù)及其發(fā)展前景[J].數(shù)據(jù)通信，2004，（02）：9-12.