超寬帶無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)探討

劉 松

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超寬帶無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)探討

劉 松

廣州杰賽科技股份有限公司，廣東 廣州 510310

超寬帶無(wú)線通信技術(shù)最為關(guān)鍵的技術(shù)是沖擊無(wú)線電技術(shù)。沖擊無(wú)線電技術(shù)之所以成為超寬帶無(wú)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。凡是在十米范圍以內(nèi)的無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)，它都可以滿足需求。

超寬帶；無(wú)線通信；關(guān)鍵技術(shù)

1 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的起源與發(fā)展

UWB（Ultra Wideband，超寬點(diǎn)無(wú)線通信）剛開始只被應(yīng)用于雷達(dá)和遙感領(lǐng)域。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(wèn)題也都用該技術(shù)來(lái)解決。二十一世紀(jì)初，隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)逐漸被用于通信。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8個(gè)機(jī)構(gòu)和公司組成了聯(lián)盟，提出了超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的多帶脈沖物理層模型。兩個(gè)月后，多頻帶OFDM聯(lián)盟成立。超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的特殊性在于，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，并且擁有很寬的帶寬，單位可以達(dá)到GHz（吉赫）。因此，超寬帶無(wú)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1000?Mb/s。除此之外，這種技術(shù)的成本不高，耗能又相對(duì)較低，尤其是抗干擾能力很強(qiáng)，因此吸引了廣泛關(guān)注[1]。

2 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）帶寬很寬，數(shù)據(jù)傳輸速率極高。超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的帶寬可以達(dá)到10?GHz，并且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(wèn)題。另外，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速率也十分驚人。在距離為5～10?m的范圍以內(nèi)，藍(lán)牙技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度為70?Mbit/s，802.11無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度是54?Mbit/s，這都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如超寬帶無(wú)線通信技術(shù)。UWB的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到100?Mbit/s，正符合當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)于大容量數(shù)據(jù)的傳輸需求。（2）生產(chǎn)成本很低。采用的是無(wú)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(wú)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)極大地減少了電能的使用。對(duì)比分析結(jié)果顯示，超寬帶無(wú)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。（3）保密度很高。由于超寬帶無(wú)線通信技術(shù)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)。（4）抵御信息干擾的能力很強(qiáng)。超寬帶無(wú)線通信技術(shù)使用的擴(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(wú)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)比以往使用的無(wú)線通信技術(shù)，UWB更能防止自身的數(shù)據(jù)信號(hào)被影響。（5）穿透能力強(qiáng)。由于超寬帶無(wú)線通信技術(shù)發(fā)射的脈沖速度很高，可以輕易地透過(guò)厚木板、混凝土、水泥等物，所以超寬帶無(wú)線通信技術(shù)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[2]。

3 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的劣勢(shì)

（1）對(duì)其他無(wú)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(wú)線通信系統(tǒng)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(wú)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(wú)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(wú)線通信系統(tǒng)的信號(hào)接收受其他系統(tǒng)影響。當(dāng)傳統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)的門限值比超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)門限值高的時(shí)候，傳統(tǒng)無(wú)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(wú)線通信系統(tǒng)的發(fā)射器發(fā)射的門限值高。這就導(dǎo)致了超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)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。在這種情況下，傳統(tǒng)無(wú)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）其他的劣勢(shì)。超寬帶無(wú)線通信技術(shù)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)接收帶來(lái)麻煩。另外，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)不能像其他的無(wú)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(guò)提高平均脈沖的頻率等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。從這一點(diǎn)來(lái)看，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)和其他的無(wú)線通信技術(shù)沒(méi)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)結(jié)合，靈活運(yùn)用。

4 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用

超寬帶無(wú)線通信技術(shù)在這個(gè)信息被大量需求的時(shí)代備受關(guān)注，該技術(shù)幾乎在各個(gè)領(lǐng)域都得到了應(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)備的制作都采用了超寬帶無(wú)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 超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展前景

超寬帶通信技術(shù)作為一種民用產(chǎn)品，已與我們的生活息息相關(guān)。其低耗能、高速率的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化，在數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸上達(dá)到高速傳播。同時(shí)，超寬帶通信技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景。在移動(dòng)通信技術(shù)深入發(fā)展的時(shí)代，超寬帶通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術(shù)的發(fā)展相輔相成，為日常生活帶來(lái)很大的便利。超寬帶通信技術(shù)關(guān)于通信容量和有限的頻譜資源分配技術(shù)的研究，在美國(guó)、日本等國(guó)家已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，為超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了更加廣闊的發(fā)展空間。同時(shí)，由于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全方位、多領(lǐng)域的全面覆蓋，因此超寬帶無(wú)線通信技術(shù)在無(wú)線通信方面的優(yōu)勢(shì)更加明顯，更加適應(yīng)我國(guó)人口密集、商業(yè)活動(dòng)頻繁的現(xiàn)狀。作為一項(xiàng)可以與其他無(wú)線通信技術(shù)兼容的新型技術(shù)，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)其商業(yè)化進(jìn)程。

6 結(jié)論

自二十世紀(jì)六十年代興起以來(lái)，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速傳輸，擁有成本低、能耗少，抗干擾能力和保密能力強(qiáng)等特點(diǎn)，吸引了全世界的關(guān)注。然而，超寬帶無(wú)線通信技術(shù)目前還存在一些尚未解決的問(wèn)題。為了解決這些技術(shù)難題，我們應(yīng)不斷研究，為我國(guó)超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

[1]周先軍，胡修林，張?zhí)N玉，王甲池.超寬帶無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，10（10）：50-53.

[2]李育紅，周正.超寬帶無(wú)線通信技術(shù)的新進(jìn)展[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2015，1（8）：20-24.

[3]劉翔.超寬帶無(wú)線通信相關(guān)技術(shù)的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015（5）：2-3.

Discussion on Key Technologies of UWB Wireless Communication

Liu Song

Guangzhou GCI Science & Technology Co., Ltd., Guangdong Guangzhou 510310

The most critical technology of ultra-wideband wireless communication technology is the impact of radio technology, the impact of radio technology has become the core technology of ultra-wideband wireless communication technology, because it can transfer data at very high speed, but also to prevent other signals Interference, all within the range of ten meters of wireless personal LAN, it can meet their needs.

ultra wideband; wireless communication; key technology

TN925

A

1009-6434（2017）02-0031-02