【摘 要】通訊時代已走上了高速公路，信息傳輸?shù)乃俾?、效率和安全可靠性越來越重要。相對于有線設(shè)備，人們也越來越喜愛使用無線設(shè)備，移動、攜帶便捷成為了無線設(shè)備的主要特點。現(xiàn)在的寬帶脈沖無線通信技術(shù)正逐步應(yīng)用到無線設(shè)備上，本文將向讀者介紹寬帶脈沖無線電技術(shù)的原理和意義，著重闡述其關(guān)鍵技術(shù)，并對技術(shù)應(yīng)用中所遇到的問題進(jìn)行說明分析。

【關(guān)鍵詞】超寬帶脈沖 無線電通信技術(shù) 通信技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)今科技高速發(fā)展，人與人間的聯(lián)絡(luò)方式也發(fā)生了轉(zhuǎn)變，這些情況使得數(shù)據(jù)通訊和無線通信業(yè)務(wù)很快繁榮了起來，人們對無線通信服務(wù)的質(zhì)量和速度也越來越看重。隨著各國商業(yè)上對3.1-10.6GHz頻譜資源的運用，超寬帶技術(shù)逐步走入人們的視野。

一、寬帶脈沖無線電技術(shù)簡介

超寬帶技術(shù)發(fā)展剛起步時，Scholtz博士開發(fā)出了一種適用于短距離密集多徑環(huán)境的跳時脈沖無線電技術(shù)，這也是當(dāng)今超寬帶的主流技術(shù)。脈沖無線電系統(tǒng)具有構(gòu)造簡便、耗能低等優(yōu)點，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療服務(wù)系統(tǒng)等領(lǐng)域得到廣泛使用。同時，60GHz無線電通信技術(shù)，因其頻譜資源豐富，適用于對速率要求高的短距離通信，在吉比特以太網(wǎng)、高清晰多媒體接口等領(lǐng)域的應(yīng)用上有巨大潛能。脈沖無線電技術(shù)還因其信號穿透能力強(qiáng)等獨特優(yōu)點，廣受個人消費電子和傳感器網(wǎng)絡(luò)的青睞[1]。

二、應(yīng)用研究方向

目前，在脈沖無線電超寬帶和60GHz系統(tǒng)應(yīng)用方面的研究主要集中在一下幾個方向：

（一）雷達(dá)與成像系統(tǒng)。雷達(dá)和成像系統(tǒng)的應(yīng)用方面，主要看重的是寬帶脈沖無線電系統(tǒng)可以直接發(fā)總納米級的短脈沖，具有較大的信號帶寬，尤其是超寬帶的信號穿透能力很強(qiáng)，在空間分辨率、速度策略和實體識別方面具有較高能力。在檢測掩埋物、穿墻監(jiān)視、醫(yī)療檢測等方面均發(fā)揮了超寬帶雷達(dá)的強(qiáng)大作用。

（二）精確定位系統(tǒng)。超寬帶脈沖無線電的多徑分辨能力強(qiáng)，能夠透視物體，由于超寬帶脈沖無線電的這種特點，所以基于這種技術(shù)的定位系統(tǒng)即使在很不良的環(huán)境下作業(yè)也能提供很精確的定位。

（三）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對通信可靠性和精度測距方面都有較高要求，脈沖無線電技術(shù)能夠很好地滿足其要求。脈沖無線電超寬帶系統(tǒng)的構(gòu)造簡便、不復(fù)雜，成本低，具有白噪聲樣的信號特點，對別的設(shè)備干擾很少，能夠抗多徑干擾和擁塞，且時域分辨率好，利于跟蹤和精確定位。

三、關(guān)鍵技術(shù)

21世紀(jì)初開始商業(yè)上已經(jīng)被允許使用超寬帶系統(tǒng)，其基本技術(shù)應(yīng)用以日趨成熟。從技術(shù)上講，對脈沖超寬帶系統(tǒng)的研究主要有一下幾方面：

（一）脈沖設(shè)計。在UWB系統(tǒng)中，能夠直接發(fā)送的短脈沖持續(xù)時間不到1ns，所以寬帶可以超過1GHz。新提出不久的高斯脈沖系列波形、修正的艾爾米特脈沖波形及拉普拉斯脈沖波形等，它們的目標(biāo)在脈沖寬度范圍內(nèi)，發(fā)射信號在頻譜分布中有近乎平直的部分，并能為有效發(fā)射信號而避免直流分量。

（二）接收機(jī)設(shè)計。超寬帶系統(tǒng)可以直接發(fā)出超短脈沖進(jìn)行通信，在完美估計信道和同步作業(yè)的情況下，相關(guān)接收機(jī)能向系統(tǒng)提供較好的誤碼性能。而且，UWB信號的延時分辨率較好，Rake接收機(jī)可以使用系統(tǒng)分辨出的多徑分量，尤為重要的是Rake接收機(jī)可以在忽略碼間干擾和多用戶干擾的情形下具有最佳檢測機(jī)制，誤碼性能達(dá)到最強(qiáng)。

（三）調(diào)制機(jī)制。系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率、發(fā)送信號頻譜特征、收發(fā)機(jī)復(fù)雜度、誤碼率等都與調(diào)制機(jī)制方法緊密相關(guān)，調(diào)制機(jī)制在通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。常用的脈沖無線電超寬帶系統(tǒng)調(diào)制手段有：脈沖位置調(diào)制（PPM）、脈沖幅度調(diào)制（PAM）、脈沖形狀調(diào)制（PSM）、開關(guān)鍵控制（OOK）及二進(jìn)制移相鍵控（BPSK）等。

（四）信道測量建模。超寬帶剛被提出的時候，信道測量就引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的強(qiáng)烈關(guān)注，研究人員對工廠和現(xiàn)代辦公室等典型應(yīng)用性環(huán)境進(jìn)行了測量建模。從物理層來講，60GHz系統(tǒng)與超寬帶在技術(shù)上很相似，不同之處在于60GHz系統(tǒng)所使用的脈沖屬于超高頻譜范圍，這所來了的正負(fù)面都有的。

四、技術(shù)應(yīng)用

與傳統(tǒng)窄帶通信相比，脈沖無線電系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)更簡單，發(fā)射機(jī)正常情況下只需要一支晶體管工作在簡單數(shù)字模式，晶體管產(chǎn)生的脈沖可以通過濾波器，形成單周期脈沖，不需借助線性放大器，降低了功耗和成本。脈沖無線電接收機(jī)也比傳統(tǒng)窄帶通信簡單，原因是它不需要中頻級。脈沖無線電收發(fā)機(jī)能夠集中到同一張芯片上，節(jié)約了成本，且功耗低、速率高，特別適合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、定位和視頻監(jiān)控等應(yīng)用[3]。

（一）脈沖無線電超寬帶圖像傳輸系統(tǒng)。這種方法使用了圖像信息和信道狀態(tài)信息，信道狀態(tài)良好時，輸送圖像關(guān)鍵信息，信道狀態(tài)不好時，輸送圖像次要信息。這種方法的實用性和靈活性是較好的。圖像信息需要分類后在輸入到UWB系統(tǒng)中，其分類方法可以使用二位離散小波變換算法。最終圖像信息會沿著樹的走向分為四部分：斜線高頻部分、垂直高頻部分、水平高頻部分和低頻部分。得出的數(shù)據(jù)信息還有經(jīng)過信道衰落閾值選擇進(jìn)入到仿真階段。

（二）脈沖無線電UWB在智能電網(wǎng)中的前景

1.家庭能源管理系統(tǒng)。家庭能源管理系統(tǒng)是以智能電網(wǎng)中電力消費為中心的，監(jiān)控帶有智能電表的電器，優(yōu)化電力使用和消費。它要實現(xiàn)對能源的有效監(jiān)控，其通信技術(shù)主要分為兩類來研究：無線通信與有線通信。與有線通信相比，無線通信更穩(wěn)定、成本更低、性能也更好，在無線通信中，最有發(fā)展前景的莫過于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)了。

2.脈沖超寬帶系統(tǒng)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。Zigbee技術(shù)，它的設(shè)備構(gòu)造簡便、成本較低，適用于節(jié)點很多的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然Zigbee技術(shù)也有缺點，就是抗多徑力差、定位不準(zhǔn)，設(shè)備間相互易受影響。

超寬帶脈沖無線電通信技術(shù)是很有前景的，當(dāng)然也有許多地方不成熟，需要在今后的研究和實踐經(jīng)驗中逐步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂婷婷.寬帶脈沖無線電通信技術(shù)及研究[D].山東：中國海洋大學(xué)，2013.

[2]趙陳亮.典型超寬帶信號的發(fā)射與接收技術(shù)[D].江蘇：南京理工大學(xué)，2013.

[3]劉空鵬.室內(nèi)超寬帶（UWB）無線通信系統(tǒng)研究[D].浙江：浙江大學(xué)，2013.