周俊

摘 要：超寬帶技術是源于美國的新型通信技術，由于其具備其他通信技術難以比擬的優(yōu)點，而獲得長足的發(fā)展。我國信息技術的迅速發(fā)展以及信息通訊系統(tǒng)的完善，為超寬帶無限通信技術的發(fā)展奠定了雄厚的物質和技術基礎。超寬帶無限通信系統(tǒng)是發(fā)展最為迅速、前景最為樂觀的一種技術、它也是一個涉及多個子系統(tǒng)和由多個環(huán)節(jié)鏈接而成的整體。

關鍵詞：超寬帶；無線通信技術；發(fā)展趨勢

中圖分類號： TN925 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）18-146-2

0 引言

超寬帶無線通信技術（UWB）是使用一種持續(xù)時間較短的能量脈沖序列，然后再經過相關的正交頻分調制或者說直接排序把脈沖擴展到一定的頻率范圍之內的一種無載波無線通信互聯技術。UWB的帶寬非常寬，但是其頻譜的功率密度相對來說又非常小，這就造就了UWB的另一特點，那就是擴頻通信。

1 超寬帶無線通信技術的含義

隨著我國信息技術的迅速發(fā)展，國家業(yè)已形成初步的信息通訊系統(tǒng)，此舉為超寬帶無限通信技術的發(fā)展奠定了雄厚的物質和技術基礎。網絡架構的形成使得終端設備連接在一起形成一個完整的系統(tǒng)成為可能。

1.1 超寬帶系統(tǒng)的含義

如前所述，超寬帶技術的研究興起于西方國家，因而，在超寬帶無限通信領域最具權威的機構莫屬美國聯邦委員會。對超寬帶無線通信技術進行研究，首先應該明晰其內涵和特征。根據該機構給出的定義，超寬帶是與傳統(tǒng)寬帶相對應的一種寬帶技術，其特殊之處表現在其絕對帶寬大于500MHz，或者從另一個角度進行衡量，其信號的-10db相對超過1/5。

1.2 超寬帶系統(tǒng)的特征

①與傳統(tǒng)寬帶技術相比，超寬帶技術具有廣泛的應用領域以及樂觀的發(fā)展前景。超寬帶可與多媒體技術融合應用于商業(yè)，與信息系統(tǒng)相連接用于交通領域，與家庭網絡相結合服務家庭生活。

②它還可以與無線傳感器相融合，用于定位捕捉動態(tài)信息。除此之外，超寬帶技術可以節(jié)約成本、降低能耗、高速完成傳輸任務。

隨著社會的發(fā)展，人口增長與資源開發(fā)之間的關系越發(fā)微妙，資源面臨枯竭的危險，與此相對應，資源的減少帶來的是邊際成本的迅速提高。就無線通信技術所依賴的頻譜資源而言，頻譜的范圍是極其寶貴而有限的，但使用無線頻譜的機構或者領域是非常廣泛的，無論是國防領域，還是雷達探測，還是民用通信，均離不開頻譜資源。

解決頻譜資源短缺的方式有兩種：

①科學合理地分配無限頻譜資源、提高無線頻譜資源的利用效率；

②開發(fā)新的替代資源。其中，超寬帶無線通信系統(tǒng)即是嘗試通過提高無線頻譜資源的利用效率的方式，應對無限頻譜資源稀缺的困境。

綜上所述，超寬帶無線通信系統(tǒng)具有廣闊的應用空間，在短距離傳輸信號以及無線通信方面具有其他技術難以超越的性能，因而為業(yè)界人士所重視。

2 超寬帶無線通信技術

超寬帶信號在傳輸過程中有些因素很容易導致接收機信號的波形發(fā)生嚴重的失真現象，如大尺度路徑損耗、陰影效應、小尺度多徑衰落等因素都會影響到它。與此同時，其他一些因素也會影響信號，如多址技術干擾、窄帶方面的干擾和背景噪聲等。所以，必須解決以下一些關鍵技術，才能夠進行進一步的研究與開發(fā)，一是接收機技術，二是同步技術，三是就信道估計。

2.1 Rake接收機

UWB收發(fā)信機的結構相對來說要比那些傳統(tǒng)的簡單，因此UWB系統(tǒng)在家庭、辦公室等這些環(huán)境中應用比較多，同時多徑信道的最大時延可以達到200ns以上，可分辨多徑數量與信號帶寬是有一定關系的，它們之間是成正比的，通常情況下可以高達幾十至上百條。

UWB信號有非常大的帶寬，這就導致了收發(fā)天線和無線信道都將會引起較嚴重的信號波形失真，如果瑞克接收機相關器模板仍然采用理想的脈沖波形，系統(tǒng)的性能將會受到很大的影響和損失。相關估計和修正脈沖信號是接收機相關器模板中必不可少的兩部分。換句話說，相關器模板通常就是實際測到的UWB信號脈沖波形。

2.2 定時同步技術

在數字通信系統(tǒng)中，同步定時都是最根本的任務。對傳送的數據都是通過精確的同步算法來進行相關接收的。

定時同步在UWB通信系統(tǒng)中有非常重要的位置，因為在定時同步中定時偏差和抖動都會嚴重地影響到接收到的一些相關性能。一般定時同步分為兩個階段，一個是捕獲，另一個是跟蹤。在捕獲過程中，接收機的主要作用就是需要快速地搜索到信號的到達時間，進而根據結果調整接收機的定時問題。至于同步跟蹤的問題，接收機的另外一個主要作用就是對微小的定時偏差起到補償和保持同步的作用。

大體情況來講，數據輔助的定時同步和盲定時同步在UWB系統(tǒng)中目前來說是最為重要的兩大類。對于盲定時同步的作用就是用來定時捕獲和跟蹤的，其主要依據是內在的循環(huán)平穩(wěn)這一特征。雖然這種方法效率問題上比數據輔助的同步方法上要高，但是在捕獲速度這方面及同步性能上會稍有遜色。

無論是定時同步還是盲定時同步，其主要不同之處應該說是相關器模板和先驗信息的之間的不同。突發(fā)式的包傳遞模式是高速無線個域網中經常采用的。

2.3 信道估計技術

非相干檢測在傳統(tǒng)的數字通信系統(tǒng)中占據非常重要的位置，其定義是之相位之間沒有任何的關系、如果采用它，接收機的復雜度非但可以簡化掉、就連信道估計也可以省掉了。通常情況下、系統(tǒng)傳輸的可靠性和功率效率需要采用另一個方法，那就是采用相干檢測，因此UWB接收技術中還存在的關鍵問題之一就是信道估計的一些問題。

信道的估計方法一般可以分為兩大類，簡單地先說數據輔助一類，另一類信道估計就應該是盲（Blind）信道估計了。對于前一種方法而言，其速度可以說估計較快，但是還存在的一個問題就是頻譜利用率和功率利用率，工作原理是利用已知的訓練符號進行估計。再來看盲信道估計就不一樣了，它不需要訓練符號就可以利用本身的結構特點或者是數據信息內在的統(tǒng)計特點來進行估計。但是，數據輔助的信道估計計算復雜度要高出很多，不僅如此，收斂速度也是相當慢的。

UWB的信道的變化速度相當慢，一般應用于房屋內，因為有時候已經可以看作是準靜態(tài)了。數據輔助的估計方法對那種突發(fā)式的包傳遞模式來說是較為理想的一種方法，因為它估計信道不需要那么復雜，只需要插入一點訓練符號即可，如果能夠再配合判決反饋來提高精度就可以說得上更加完美了。

3 超寬帶無線通信的發(fā)展趨勢

超寬帶無線通信在具備多方優(yōu)勢的同時，同樣也存在著諸多不足，如寬帶占用大，導致對其他無線通信系統(tǒng)造成強烈干擾，因而，眾多學者一直對超寬帶無線通信的頻率使用有著很大的爭議；另外，超頻帶在信號發(fā)射中具有較低的平均功率，脈沖時間也很短暫，這樣它的瞬時功率峰值就會非常大，這在一些行業(yè)使用上會有影響。

然而，這并不會對超寬帶無線通信的發(fā)展和運用造成影響。當前，無線多媒體、無線技術方面大量運用無線通信技術，根據客戶的需求，自組小范圍自有網絡，傳輸數據，并可將數據傳輸到網絡中。同時，超寬帶無線通信被廣泛應用于無線通信和定位系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等，為交通智能收費、汽車行駛安全提供了低成本高性能的解決方案。利用具備無載波脈沖方式的超寬帶無線通信系統(tǒng)穿透力強的特點，將其應用于軍事、勘探等多個領域中，取得了非常好的效果。超寬帶無線通信作為當前一種新興的無線通信技術，盡管還有許多的不成熟，但其應用前景還是十分明朗的。隨著智能化電子設備發(fā)展加快，對短距離的數據實現快速傳輸越發(fā)迫切。當前的超寬帶無線在頻率管制、標準化等方面雖與無線技術相互競爭，但隨著無線多媒體發(fā)展，其在消費電子、通信等領域會有大規(guī)模應用。

4 結束語

超寬帶無線通信技術是當前電子通信領域發(fā)展的重點。本文對超寬帶無線通信的發(fā)展進行了簡介，針對其技術上的功能和特征進行了具體分析，并以此為基礎，探討了超寬帶無線通信技術的發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻

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