淺談超寬帶通信傳輸技術(shù)

許英教

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司惠州分公司，惠州　516000）

1　超寬帶定義

超寬帶技術(shù)（Ultra-wide band，以下簡(jiǎn)稱UWB）是一種低能耗、高速度傳輸無線局域網(wǎng)通信技術(shù)，適用于無線通信應(yīng)用程序需要優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，可用于無線局域網(wǎng)（WPAN），家庭網(wǎng)絡(luò)連接和短程雷達(dá)和其他領(lǐng)域。它不采用連續(xù)正弦波（sine waves），但使用脈沖信號(hào)傳輸。超寬頻技術(shù)，充分利用現(xiàn)有的頻譜襯底類型傳輸技術(shù)，在重疊的形式共享（Underlay）與現(xiàn)有的無線通信系統(tǒng)頻譜共享，但由于超寬頻系統(tǒng)缺乏射頻環(huán)境信息溝通的過程中，很容易產(chǎn)生干擾到其他通信系統(tǒng)。

2　超寬帶通信的研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)

UWB的相關(guān)研究始于二十世紀(jì)四十年代。路易·德·羅薩在一九四二年取得了兩項(xiàng)專利申請(qǐng)，康拉德·H·赫普納在一九四五年還申請(qǐng)了脈沖通信技術(shù)專利。六十年代末，杰拉爾德·羅斯和亨寧·漢姆斯啟動(dòng)脈沖傳輸系統(tǒng)的主要組成部分和脈沖收發(fā)器設(shè)計(jì)。一九九四年以前，UWB技術(shù)研究受到美國(guó)軍方的限制。之后，無線通信技術(shù)的需求的增長(zhǎng)和限制的取消，推動(dòng)UWB技術(shù)的快速發(fā)展。二零零二年四月，F(xiàn)CC批準(zhǔn)了UWB的第一個(gè)民用項(xiàng)目，使得UWB被廣泛應(yīng)用于各個(gè)方面。

超快帶技術(shù)仍然有許多問題尚未解決。首先就是干擾，超寬帶技術(shù)干擾頻帶。FCC對(duì)超寬帶輻射提出了嚴(yán)格要求，嚴(yán)格限制的發(fā)送功率，以減少干擾，但仍存在與無線LAN免授權(quán)頻段以及與其他許可頻段的超寬帶干擾。超寬帶波形設(shè)計(jì)不僅要滿足FCC的輻射，減少用戶之間的干擾，除了盡可能改善發(fā)射功率，它是一個(gè)棘手的問題。尋找各種方法來解決干擾，旨在滿足超寬帶脈沖輻射的要求。UWB技術(shù)具有傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的沒有優(yōu)點(diǎn)，但在同一時(shí)間范圍廣泛的應(yīng)用，它也帶來了新的問題。在UWB系統(tǒng)的應(yīng)用中，還有許多關(guān)鍵技術(shù)問題。目前，主要UWB系統(tǒng)的研究焦點(diǎn)集中于信號(hào)生成，天線選擇和調(diào)制方案，傳播特性和編碼方案，與其他無線系統(tǒng)的干擾共存以及無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

3　超寬帶通信傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)

3.1　頻譜感知

首要任務(wù)就是感知頻譜環(huán)境，其目的主要是探測(cè)頻譜空洞，第一種以目標(biāo)頻段的干擾溫度估計(jì)為基礎(chǔ)分析，并找出適合的頻譜空洞，其優(yōu)點(diǎn)是更具創(chuàng)意、影響深遠(yuǎn)；第二種通過對(duì)授權(quán)用戶信號(hào)的檢測(cè)與識(shí)別來實(shí)現(xiàn)頻譜空洞的探測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)是低復(fù)雜度、易實(shí)現(xiàn)。

頻譜感知主要分為兩類，第一類以干擾溫度為基礎(chǔ)的頻譜感檢測(cè)，以發(fā)送端為中心，發(fā)射功率等于距發(fā)射機(jī)一定距離位置預(yù)先設(shè)定的噪聲基準(zhǔn)。干擾溫度，用來管理和量化干擾的指標(biāo)，可以被看作是在該頻帶的干擾功率譜密度。它測(cè)量噪聲源與發(fā)射機(jī)上出現(xiàn)的RF干擾。第二類基于授權(quán)用戶信號(hào)檢測(cè)的頻譜感知，主要通過匹配濾波法、能量檢測(cè)法、單節(jié)點(diǎn)本地感知判決、多節(jié)點(diǎn)協(xié)作式感知判決等方法實(shí)現(xiàn)

3.2　信道狀態(tài)估計(jì)

感知頻譜空洞后，通過信道狀態(tài)信息，我們需要計(jì)算實(shí)際鏈路頻率信道容量。雖然在一個(gè)信道狀態(tài)場(chǎng)景中的每個(gè)終端的超寬帶室內(nèi)信道狀態(tài)的可能性的可能性發(fā)生在非常短的小戲劇性的變化，但周圍環(huán)境的影響，在很長(zhǎng)一段時(shí)間的信道狀態(tài)信息可以變化。因此，除了CSI的做法通道可以定期更新信息，并重新分配資源，這還能繼續(xù)研究在考慮信道信息時(shí)，如何使用低復(fù)雜度的算法，使資源分配更加有效。

3.3　自適應(yīng)脈沖波形設(shè)計(jì)

UWB-IR系統(tǒng)基本上是一個(gè)非正弦脈沖無線電通信系統(tǒng)，并且容易進(jìn)行數(shù)字化?？梢允褂梅钦倚盘?hào)副本生成理論自適應(yīng)信號(hào)波形設(shè)計(jì)。信號(hào)是時(shí)間的函數(shù)，可以用多個(gè)函數(shù)疊加表示。正弦，余弦函數(shù)僅具有一個(gè)功能，它是從分頻信號(hào)和來自所述方法中的信號(hào)的頻率特性得到。在一般情況下，任何一個(gè)完整的正交系統(tǒng)的通常使用傅里葉級(jí)數(shù)展開的等效的分析，以及對(duì)等價(jià)變換的傅立葉變換。沃爾什函數(shù)作為一個(gè)例子，它允許信號(hào)序列可以表示特征使得信號(hào)可以分割給速率。因此，該脈沖信號(hào)波形產(chǎn)生UWB自適應(yīng)機(jī)制可以在正交函數(shù)，如扁長(zhǎng)橢球波函數(shù)（PSWFS）理論或某種橋接功能的和的頻譜中的非正弦完整系統(tǒng)探索環(huán)境和其他一些最好的可用信息，共同設(shè)計(jì)靈活的頻譜脈沖波形，以滿足環(huán)境適應(yīng)性UWB頻譜需求。

4　結(jié)論

認(rèn)知超寬帶是一個(gè)應(yīng)用前景十分廣泛的，擁有自適應(yīng)頻譜接入能力和智能波形的超寬帶通信系統(tǒng)。在本文中，我們分析介紹了超寬帶通信技術(shù)的定義，及其關(guān)鍵技術(shù)，包括頻譜感知，信道狀態(tài)估計(jì)和自適應(yīng)脈沖波形產(chǎn)生等。超寬帶通信傳輸技術(shù)為解決頻譜資源日益緊張的問題提供了一種新的解決方案。

[1]吳捷，基于認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜合作檢測(cè)技術(shù)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士論文，2008.