超寬帶無線通信技術(shù)及其應(yīng)用綜述

鐘子強(qiáng)

摘 要：目前人們對(duì)信息的需求隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而逐步提高。超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）因?yàn)榫哂泻挠秒娔苄?、生產(chǎn)成本低以及數(shù)據(jù)傳輸速度快等的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為新時(shí)代的寵兒。為此，首先介紹了超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）的起源與發(fā)展，然后分析了該技術(shù)的一些主要優(yōu)勢(shì)和尚待解決的問題，對(duì)于該技術(shù)在一些領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，期望大家對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有更多的了解。

關(guān)鍵詞：超寬帶；無線通信；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672 3198.2016.22.094

0 引言

超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）最為關(guān)鍵的技術(shù)在于沖擊無線電技術(shù)，沖擊無線電技術(shù)之所以成為超寬帶無線通信技術(shù)的核心技術(shù)，是因?yàn)樗梢砸詷O高的速度傳輸數(shù)據(jù)信息，還可以防止其他信號(hào)的干擾，凡是在十米的范圍以內(nèi)的無線個(gè)人局域網(wǎng)，它都可以滿足他們的需求。

1 超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）的起源與發(fā)展

UWB剛開始只被應(yīng)用于雷達(dá)和遙感領(lǐng)域，比如說當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害或其他災(zāi)害的時(shí)候，可以采用UWB進(jìn)行人員搜救，除此之外，軍事行動(dòng)中的各種各樣的測(cè)距問題也都應(yīng)用該技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。到了二十一世紀(jì)的初期，隨著該技術(shù)不斷的發(fā)展和成熟，超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）逐漸被用于通信，該技術(shù)開始走入普通老百姓的視野。隨后全球各地區(qū)的相關(guān)研究部門和組織也紛紛對(duì)該項(xiàng)技術(shù)展開研究，其中最值得一提的是包括英特爾公司和美國(guó)Time Domain公司在內(nèi)的八個(gè)機(jī)構(gòu)和公司組成了聯(lián)盟，提出了超寬帶無線通訊技術(shù)的多帶脈沖物理層模型，兩個(gè)月后，多頻帶OFDM聯(lián)盟被建立。

超寬帶無線通信技術(shù)的特殊性（UWB，Ultra-Wide Band）在于這種技術(shù)可以不需要任何載波就能完成數(shù)據(jù)的傳輸與接收，并且它擁有很寬的帶寬，單位可以達(dá)到GHz（吉赫），因此超寬帶無線通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，速度甚至可以高于每秒1000兆位。除此之外，這種技術(shù)需要的成本不高，耗能又相對(duì)較低，尤其是抗干擾能力很強(qiáng)，因此吸引了廣泛的關(guān)注。

2 超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）的優(yōu)勢(shì)

2.1 帶寬很寬，數(shù)據(jù)傳輸速率極高

超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）的帶寬可以達(dá)到10GHz，并且是以共享頻帶的方式進(jìn)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(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率也是十分驚人的，在距離為五米至十米的范圍以內(nèi)，藍(lán)牙技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度為每秒七十兆比特，802.11無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度是每秒五十四兆比特，這都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如超寬帶無線通信技術(shù)，UWB的數(shù)據(jù)傳輸速率可以到達(dá)每秒一百兆比特。這種可以實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，正符合了當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)于大容量數(shù)據(jù)傳輸要求。

2.2 生產(chǎn)成本很低

超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）由于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(hào)，而不是連續(xù)的脈沖信號(hào)，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(gè)特點(diǎn)大大減少了電能的使用。對(duì)比分析的結(jié)果顯示，超寬帶無線通信技術(shù)的用電量?jī)H占傳統(tǒng)通信方式用電量的百分之一到千分之一。

2.3 保密度很高

由于超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）的發(fā)射功率不高，信噪差異比較小，所以很難被檢測(cè)器檢測(cè)接收，除此之外，該技術(shù)采用的擴(kuò)頻方式并不是連續(xù)的，因此如果要截獲其相關(guān)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(gè)特點(diǎn)使UWB擁有了保密性極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

2.4 抵御信息干擾的能力很強(qiáng)

超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）使用擴(kuò)頻方法并不是連續(xù)的擴(kuò)頻方法，這種特點(diǎn)使得超寬帶無線通信技術(shù)輸出的發(fā)射信號(hào)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(jī)很難接收識(shí)別UWB發(fā)射的輸出信號(hào)，對(duì)比于以往使用的無線通信技術(shù)來說，UWB更能防止自身的數(shù)據(jù)信號(hào)被影響。

2.5 穿透能力強(qiáng)

由于超寬帶無線通信技術(shù)發(fā)射的脈沖速度很高，可以輕易的透過厚木板、混凝土、水泥等物，所以超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）擁有了包括測(cè)量距離、物體透視、確定位置、防止交通工具相互撞擊等在內(nèi)的更為廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。

3 超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）的劣勢(shì)

3.1 對(duì)其他無線通信系統(tǒng)造成一定程度的干擾

UWB技術(shù)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)（UWB，Ultra-Wide Band）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(yīng)用和天文等領(lǐng)域的應(yīng)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(shù)在接收和發(fā)射信號(hào)時(shí)會(huì)對(duì)包括全球定位系統(tǒng)等在內(nèi)的應(yīng)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(hào)。

3.2 超寬帶無線通信系統(tǒng)（UWB，Ultra-Wide Band）的信號(hào)接收受其他系統(tǒng)影響

當(dāng)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)（UWB，Ultra-Wide Band）門限值高的時(shí)候，傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)的發(fā)射器發(fā)射的窄頻信號(hào)就要比超寬帶無線通信系統(tǒng)（UWB，Ultra-Wide Band）的發(fā)射器發(fā)射的門限值高。這就導(dǎo)致了超寬帶無線通信系統(tǒng)（UWB，Ultra-Wide Band）的接收器的頻帶寬度與相對(duì)應(yīng)的濾波器和天線的頻帶寬度精確度要求不相符合，在這種情況下，傳統(tǒng)無線通信系統(tǒng)會(huì)對(duì)UWB技術(shù)的信號(hào)接收造成影響。

3.3 其他的劣勢(shì)

超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）由于是瞬時(shí)脈沖，脈沖具有瞬間性，不能進(jìn)行精確的定時(shí)，給檢測(cè)接受帶來麻煩。另外，超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）不能像其他的無線通信技術(shù)一樣，僅控制外噪聲干擾，它不僅要控制外噪聲，還要對(duì)微型控制器所產(chǎn)生的噪聲進(jìn)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(shí)現(xiàn)。從這一點(diǎn)來看，超寬帶無線通信技術(shù)和其他的無線通信技術(shù)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(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，靈活的運(yùn)用。

4 超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）的應(yīng)用

超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）在這個(gè)信息被大量需求的時(shí)代備受關(guān)注，該技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域幾乎都得到了應(yīng)用。起初軍事雷達(dá)和許多定位系統(tǒng)等在內(nèi)的不少軍事設(shè)備的制作都是采取了超寬帶無線通信技術(shù)。此后UWB開始進(jìn)入普通老百姓的視野，普通非軍用目的的測(cè)距、定位以及掃描成像、交通工具的防撞等都采用該技術(shù)。

5 結(jié)束語

自二十世紀(jì)六十年代興起以來，超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸，擁有成本低、能耗少尤其是抗干擾能力和保密能力很強(qiáng)等特點(diǎn)，吸引了世界眼光的關(guān)注。然而，超寬帶無線通信技術(shù)（UWB，Ultra-Wide Band）目前還存在一些尚未解決問題，為了解決這些技術(shù)難題，我們應(yīng)該不斷研究學(xué)習(xí)，為我國(guó)超寬帶無線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展的貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

[1]張恩定，高健武.多天線陣列的礦井超寬帶無線通信系統(tǒng)（UWB，Ultra-Wide Band）[J].中國(guó)新通信，2013，25（4）：23 25.

[2]黃齊，趙松波，張慧敏.無線通信中的超寬帶技術(shù)研究[J].中國(guó)新通信，2012，38（9）：47 48.

[3]李玉玲，李春平，劉恩杰.全扁平化移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究[J].中興通訊技術(shù)，2012，23（1）：50 51.

[4]Edwin Kee.Ultra-Wide Band for Multiple Communications（Rumor）[EB/OL].http：//www.ubergizmo.com/2014/06/5g-mobile-service-to-launch-in-japan-by-2020-rumor/，2014 06 02.