超寬帶技術(shù)在未來無線通信中的應(yīng)用

馬立群

【摘 要】對超寬帶技術(shù)最早進(jìn)行使用的是美國國防部，只是隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，才最終在后來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的理解和定義。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人追求起高速率。在本文中，筆者就對超寬帶這種技術(shù)從概念、技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用情況和技術(shù)挑戰(zhàn)等方面進(jìn)行分析，并對超寬帶技術(shù)在未來的發(fā)展前景給予了肯定。

【關(guān) 鍵 詞】 超寬帶技術(shù) 無線通信 技術(shù)特點(diǎn) 應(yīng)用 挑戰(zhàn)

【中圖分類號】 TN92【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0246-02

從我們現(xiàn)在身邊的生活的各種科技的應(yīng)用，就可以發(fā)現(xiàn)，隨著無線通信技術(shù)在全世界的不斷發(fā)展，有線通信時代即將成為歷史，無線通信會在不久的未來取代有線通信技術(shù)，并逐漸成為通信領(lǐng)域最有活力的新工具、新方法，可以應(yīng)對人類對通信技術(shù)不斷變化的需求，可以適應(yīng)新興的科技快速的發(fā)展速度。尤其是近幾年，超寬帶技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴(kuò)大，而這項(xiàng)技術(shù)本身具有巨大的潛力發(fā)展的特點(diǎn)，通過近些年不斷取得的新的進(jìn)展，從國防到社會生活中都可以看到這項(xiàng)技術(shù)在各個領(lǐng)域的存在。

一、超寬帶無線通信技術(shù)的概念

超寬帶這個屬于來源于美國國防部，也被稱為UWB，事實(shí)上這是對在一定頻率范圍內(nèi)的信號的狀態(tài)的定義，在定義規(guī)范中對信號達(dá)到二十分貝、帶寬超過一點(diǎn)五千兆赫茲或者分?jǐn)?shù)帶寬大于25%，那么這個信號就是超寬帶信號，超寬帶無線通信就是使用超寬帶信號進(jìn)行的無線通信。

相比于現(xiàn)在常用的一些通信方式使用的連續(xù)載波通信技術(shù)，超寬帶通信技術(shù)采用的是很短的脈沖，利用平均的信號的效果就是每個脈沖的持續(xù)時間是很短的，通常只有幾十皮秒到幾納秒，但這些脈沖所占用的帶寬甚至高達(dá)幾千兆赫茲。因此，最大數(shù)據(jù)傳輸速率會達(dá)到每秒數(shù)百個兆比特（見圖一）。

二、超寬帶技術(shù)的特點(diǎn)（見表1）

1、具有很好的共存性

超寬帶技術(shù)所使用的UWB發(fā)送裝置的發(fā)送功率是非常小的，所以從理論上講，超寬帶技術(shù)和其他現(xiàn)有的通信技術(shù)系統(tǒng)，可以使用的共享頻譜。這種共存的超寬帶技術(shù)為實(shí)際應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。而且超寬帶技術(shù)通信的發(fā)送功率可以通過使用者或管理者進(jìn)行人為地控制，這樣就可以有效避免與其它信號出現(xiàn)的干擾情況。

2、傳輸速率高

隨著人們對信息需求量的增加，對數(shù)據(jù)傳輸通信的速度追求也逐步增加，但是現(xiàn)有的各種通信傳輸速率都不能令人滿意，而超寬帶無線通信的數(shù)據(jù)傳輸速率最低可以達(dá)到每秒數(shù)兆比特，高的可以達(dá)到每秒幾十兆比特，這遠(yuǎn)高于現(xiàn)在所有的通信傳輸技術(shù)的傳輸速度。

3、抗干擾性能強(qiáng)

UWB信號的傳輸屬于無線信號的傳輸，在傳輸?shù)臅r候分布在很寬的頻帶里，自身的輸出功率小，利用接收器可以恢復(fù)傳輸?shù)男盘?，在進(jìn)行解擴(kuò)的過程中會產(chǎn)生擴(kuò)頻增益的信號能量。這是因?yàn)榫哂羞@個特點(diǎn)，相比于現(xiàn)有的多數(shù)通信傳輸技術(shù)，具有更強(qiáng)的抗干擾性。

4、帶寬極寬

顧名思義，超寬帶技術(shù)的命名就是因?yàn)槠鋷捯话愣际窃谝磺д缀掌澮陨?，甚至有的帶寬高達(dá)幾千兆赫茲，而超寬帶又具有與其他通信技術(shù)共存的特點(diǎn)，就可以使現(xiàn)在的無線信號傳輸獲得新的一種頻率資源，有效解決現(xiàn)存的問題。

三、超寬帶無線技術(shù)的應(yīng)用

1、高速無線個人網(wǎng)

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全世界的網(wǎng)民有二十二億多，其中有三分之二都在家上網(wǎng)，可見個人用戶對網(wǎng)絡(luò)需要的龐大，目前一般的個人網(wǎng)絡(luò)用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率為100？500 Mb/s，采用的多是點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸形式。而個人網(wǎng)絡(luò)用戶對網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的需求更大，而且對數(shù)據(jù)的使用需求更多，這就需要高速的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，也就是超寬帶技術(shù)。

2、無線以太網(wǎng)接口鏈路

WEIL現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于家庭電腦以及智能手機(jī)系統(tǒng)，WEIL應(yīng)該滿足以下要求：符合個人電腦制造商的需求，可以成為以太網(wǎng)電纜的替代品的需求；可以在消費(fèi)者的角度實(shí)現(xiàn)個人電腦和液晶平面的高質(zhì)量的無線視頻傳輸功能，使無線數(shù)字視頻可以進(jìn)行傳輸。

3、智能天線區(qū)域網(wǎng)

IWAN的特點(diǎn)是：對于房間或辦公室的高密度設(shè)備，覆蓋范圍為三十米。設(shè)備的要求必須符合成本低、功耗低為用戶提供家庭/辦公室的智能網(wǎng)絡(luò)分布。設(shè)備必須滿足精確定位、跟蹤，在當(dāng)前短程窄帶網(wǎng)絡(luò)可以讓環(huán)境敏感的設(shè)備進(jìn)行使用等功能。

4、室外點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

使用什么樣的標(biāo)準(zhǔn)來確定網(wǎng)絡(luò)集中式或分布式的架構(gòu)，這是一個需要進(jìn)一步研究的技術(shù)問題。隨著使用UWB的監(jiān)管取得了不斷的進(jìn)步，這種情況可能會發(fā)生改變。

5、傳感器，定位和識別網(wǎng)

在工業(yè)應(yīng)用中，必須要有先進(jìn)的功能，以應(yīng)對動態(tài)地改變需要，對它的界面和傳播環(huán)境的鏈路可靠性和自適應(yīng)系統(tǒng)作出合理的反應(yīng)。在不同的情況下，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的無條件共存和互操作性。

四、技術(shù)挑戰(zhàn)

目前基于窄帶載波調(diào)制的短距離無線系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)視頻的高速傳輸，對移動終端的準(zhǔn)確位置不能進(jìn)行確定，對位置敏感的應(yīng)用程序不能進(jìn)行支持，但是很多用戶都需要這幾種系統(tǒng)的能力，這也是超寬帶下一步的研究方向。

調(diào)制和編碼技術(shù)在該領(lǐng)域，也出現(xiàn)了一些新的挑戰(zhàn)。因?yàn)樽畛踉谲娛律鲜褂贸瑢拵Ъ夹g(shù)并不把追求高容量作為一個主要目標(biāo)。但是隨著這種技術(shù)在其他系統(tǒng)中的大量使用，用戶容量成為首先要考慮的問題。編碼和調(diào)制就是為了適應(yīng)多用戶對高容量的需求所研究出的一種方法，以信道編碼技術(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)容量這種最有效的方法來提高系統(tǒng)容量。

此外，雖然該系統(tǒng)具有UWB多徑效應(yīng)的抗干擾的能力，但是仍然會受到系統(tǒng)的多徑效應(yīng)的制約。在特殊情況下，可能會導(dǎo)致大的室內(nèi)環(huán)境中信號的傳輸出現(xiàn)多徑信號的傳播現(xiàn)象，這就需要有一種有效的方法用于減輕這些影響。

另一個挑戰(zhàn)來自于物理層UWB設(shè)備的天線設(shè)計和實(shí)施。在正常情況下，需要小的和便攜式通訊設(shè)備的天線，但是這樣的天線很容易損壞，就需要集成到移動設(shè)備中，可以在不同的環(huán)境中有效地工作。

另一個問題是，來自其他無線接收機(jī)的帶內(nèi)干擾信號會對UWB傳輸造成干擾。正是這種發(fā)生的很接近的干擾問題，使很多技術(shù)人員開始進(jìn)行研究，因?yàn)閁WB發(fā)射功率譜密度比較小，容易受到UWB接收機(jī)的噪聲和干擾。

綜上所述，盡管目前現(xiàn)有的UWB技術(shù)在一些方面還存在問題，但隨著無線多媒體應(yīng)用的日益普及，超寬帶技術(shù)會在無線通信的領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，會有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 張靖.超寬帶無線通信技術(shù)及發(fā)展[J]電信科學(xué)，2001，（11）

[2] 武林俊、李燕文.超寬帶技術(shù)在未來無線通信中的應(yīng)用[J]現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，（13）

[3] 孟琰、史健芳. 超寬帶無線通信技術(shù)發(fā)展淺析[J]科學(xué)之友，2012，（06）