超寬帶通信傳輸技術研究

【摘要】超寬帶通信傳輸技術（UWB）的出現(xiàn)，解決了因通信量增多，導致電頻譜低效、大量授權頻段空閑的問題，說明該項技術對于當前通信技術的幫助巨大。就超寬帶通信傳輸技術實際應用來看，其具有多種形式其中以OTN-UWB最具代表性。本文為了了解超寬帶通信傳輸技術，將以有線OTN-UWB為基礎對傳統(tǒng)超寬帶通信傳輸技術主要問題、關鍵技術以及OTN-UWB優(yōu)勢、實現(xiàn)方法進行研究。

【關鍵詞】超寬帶通信傳輸技術;OTN;實現(xiàn)方法

OTN-UWB應用當中，OTN主要作為硬件層來使用，利用光傳送網設備來實現(xiàn)信號發(fā)送、載信號傳輸，通過信號調整即可實現(xiàn)超寬帶通信傳輸。這種應用方式區(qū)別于傳統(tǒng)通信技術，可以有效提高通信傳輸質量，充分利用空閑頻段進行傳輸，此舉可以合理規(guī)劃頻譜資源的利用，因此從某種角度上OTN-UWB屬于頻譜資源規(guī)劃策略。

1. 傳統(tǒng)超寬帶通信傳輸技術主要問題

超寬帶通信傳輸技術出現(xiàn)于90年代中期，在早期應用當中，該項技術還不成熟，出現(xiàn)了很多實際問題，而這些問題延續(xù)至近十年也未能得到解決，因此在現(xiàn)代應用當中，首要目的就是攻克傳統(tǒng)問題表現(xiàn)。就普遍應用案例來看，超寬帶通信傳輸技術主要存在對其他頻段的干擾、通信范圍較小的問題，各問題表現(xiàn)見下文。

1.1 對其他頻段的干擾

超寬帶通信傳輸技術的干擾問題是指干擾頻帶現(xiàn)象，這一問題表現(xiàn)在早期應用當中十分常見，人們?yōu)榱藨獙Υ藛栴}，曾嚴格對該項技術的發(fā)送功率進行了限制，由此來降低輻射范圍，此項舉措確實起到了一定效果，但在限制超寬帶技術應用得同時，也未能完全消除干擾問題，即無線LAN免授權頻段等許可頻段的超寬帶干擾依舊存在。此外，早期超寬帶通信傳輸技術本身的抗干擾能力也較弱，原因在于外界干擾因素的影響。

1.2 通信范圍較小

實際上早期超寬帶技術應用的通信范圍并不小，但是在人為限制、信號隨距離增長而衰減的條件下，其正常通信的范圍較小。針對這一問題，人們希望通過信號生成、天線選擇和調制方案等方法來進行優(yōu)化，但得到的成效不如預期。

2. 關鍵技術

2.1 頻譜感知

超寬帶技術應用中頻譜感知是基本功能，該項功能可以探測到頻譜的空洞，隨后切入完成通信。在技術分類上，頻譜感知可以通過兩種方式來實現(xiàn)，即針對頻段目標的干擾溫度進行分析，根據(jù)溫度表現(xiàn)可判斷其是否為空洞;根據(jù)用戶授權信號進行檢測、識別，判斷其是否屬于空洞，這兩種實現(xiàn)方式中，以后者更具優(yōu)勢，即后者實現(xiàn)頻譜感知功能的復雜度更低，且準確性上不輸前者。兩種頻譜感知實現(xiàn)方法的原理見下文。

方法一：將信號發(fā)送端作為中心節(jié)點，在離發(fā)射機一定距離處取得發(fā)射功率，將其作為噪聲基準，隨后對目標頻段的干擾溫度進行獲取，對比與噪聲基準可以形成管理、量化干擾指標，如果干擾溫度數(shù)值低于噪聲基準，則代表其屬于頻譜空洞。方法二：主要采用匹配濾波法、能量檢測法、單節(jié)點本地感知判決、多節(jié)點協(xié)作式感知判決等方法，對用戶授權信號進行檢測，根據(jù)檢測結果可以得到用戶端頻譜功率，依照功率可以直接進行判斷。

2.2 信道狀態(tài)估測

在成功感知到頻譜空洞的基礎上，為了保障信號傳輸穩(wěn)定，需要進行信道狀態(tài)估測工作，目的在于了解信道容量。如果在不了解信道狀態(tài)的條件下，貿然進行通信傳輸，就可能因為終端在信道場景當中的瞬時變化而導致通信受到干擾，同時當瞬時變化發(fā)生頻繁，依舊會形成嚴重干擾，所以信道狀態(tài)估測十分重要，而要成功進行估測可以采用CSI方法對信道進行定期更新，且重新分配信道資源，由此即兼顧了信道估測，也實現(xiàn)了信道修復功能。

2.3 自適應脈沖波形

自適應脈沖波形是超寬帶通信傳輸技術與紅外線結合下的產物，即UWB-IR系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以借助紅外線發(fā)出載信號光線，待光線接入接收端則實現(xiàn)了通信，同時紅外線載信號光線是一種非正弦信號副本，很容易被數(shù)字化，因此在應用當中就突出表現(xiàn)。在原理上，非正弦信號副本的信號代表了時間函數(shù)，且具有疊加多個函數(shù)的作用，在一般情況下，任意完整的正交系統(tǒng)會采用傅里葉級數(shù)進行展開，同時與等價變換的傅立葉進行變換，這一條件下信號傳輸中的信號序列就可以使信號分割為速率，因此該脈沖信號波形產生超寬帶通信傳輸技術自適應機制可以在正交函數(shù)。

3. OTN-UWB優(yōu)勢與實現(xiàn)方法

3.1 OTN-UWB優(yōu)勢

OTN-UWB（光傳送網-超寬帶技術）是一種典型的借助光纖來實現(xiàn)超寬帶的技術應用形式，其區(qū)別于傳統(tǒng)超寬帶技術實現(xiàn)方法，具有多種優(yōu)勢，例如抗干擾能力強、通信范圍較大、靈活度高，同時也可以實現(xiàn)上述關鍵技術當中的各項功能，因此該應用形式具有推廣價值。OTN-UWB各項優(yōu)勢具體表現(xiàn)見下文。

3.1.1 抗干擾能力強

傳統(tǒng)超寬帶技術實現(xiàn)方法中存在抗干擾能力較弱的問題，但在OTN-UWB當中這一問題將得到改善。即OTN作為光傳送技術，其光載波與傳統(tǒng)信號存在根本上的差別，因此不會被以往干擾因素所影響，說明其抗干擾能力較強，同時因為兩者的差別，光載波并不會對其他頻段造成干擾。此外，光載波雖然不會被傳統(tǒng)信號干擾因素影響，但其也存在影響因素，針對這一點可以采用防護措施來避免影響。

3.1.2 通信范圍較大

在本身抗干擾能力較強，且不會對其他頻段造成干擾的條件下，就沒有必要再對超寬帶技術的發(fā)送功率進行限制，隨之可以進行大面積輻射，真正意義上的實現(xiàn)大范圍通信。大范圍通信的實現(xiàn)，代表超寬帶通信的高度發(fā)展，能夠應用于各種環(huán)境條件下。

3.1.3 靈活度高

在OTN技術條件下，超寬帶光波長電層子波會出現(xiàn)較長的OTN調度，通過調度可以使大顆粒信號在整個通信范圍內暢通無阻，代表任何信號在各個節(jié)點之間能夠靈活調度，這在OTN技術的應用上起到了很重要的作用。此外，OTN調度還具有與SDH網絡類似的管控功能，即其可以對通信網絡性能進行監(jiān)督，當通信網絡出現(xiàn)故障可在短時間內對故障進行定位，且面對故障表現(xiàn)，還可以通過SNCP保護、光層恢復功能來避免故障影響，這一點與傳統(tǒng)超寬帶應用中的1+1保護模式相比，可以更全面的提供安全保障。

3.2 OTN-UWB實現(xiàn)方法

首先以子站、母站形式設計OTN硬件層，硬件層由若干OTN設備組成，其中選擇一個信道容量最大、最穩(wěn)定的作為母站，其余均為子站，子站相互之間存在有線通信連接（光纖光纜），與母站直接也存在光纖光纜連接關系，在運行過程當中，超寬帶信號通信將先在子站內運作，后通過光纖光纜再傳輸回母站，由母站統(tǒng)一接收、處理。其次每個OTN設備都具備發(fā)出超寬帶頻段信號的能力，在各光纖光纜連接關系條件下就形成了有線OTN-UWB網絡。最終為了便于管理，可以在OTN-UWB網絡中設計網管層（網絡管理層），即以OTN調度中的監(jiān)管功能為基礎，通過該項功能得到流程圖，圖中可以清晰展示OTN網元內部各種單板/子架間的光纖連接、告警信息和波長信息，此時OTN網元等用于白盒，可以明確顯示網絡中業(yè)務、資源配置以及波長走向。

結語：超寬帶通信傳輸技術在早期運作當中存在多種問題，這些問題都嚴重制約了該項技術的應用，就這一點本文提出了其中主要問題，同時闡述與超寬帶通信傳輸技術應用的基本功能。后在OTN技術基礎上提出了OTN-UWB概念，分析了OTN-UWB在應用當中的優(yōu)勢，了解了此概念的實現(xiàn)方法，通過OTN-UWB可解決傳統(tǒng)超寬帶通信傳輸技術的問題，并增加其靈活性。

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作者簡介：張瑩瑩，（1975.4-）女，漢，福建，碩士研究生，職稱： 中級工程師。