通信技術(shù)領(lǐng)域?qū)Τ瑢拵o線的應(yīng)用

吳永堅

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

超寬帶無線與傳統(tǒng)的窄帶和寬帶有一定的區(qū)別，頻帶更寬，中心頻率大于500 MHz。從時域上講，超寬帶系統(tǒng)大大縮短了信息數(shù)據(jù)的傳送時間，可以直接實現(xiàn)對信息的調(diào)制。超寬帶無線在通信技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，可進一步提高我國的通信技術(shù)水平，整合傳輸信息進一步提高信息數(shù)據(jù)的準確性。因此，下面將深入分析超寬帶無線的優(yōu)勢和特點。

1 超寬帶無線的發(fā)展

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對通信技術(shù)提出了更高的要求。超寬帶無線在通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，在滿足社會發(fā)展的同時，完善了脈沖、基帶、時域以及信號等內(nèi)容。20世紀60年代已經(jīng)出現(xiàn)了有關(guān)超寬帶無線發(fā)射機和接收機的設(shè)計技術(shù)，但由于一些客觀因素的影響，沒有在實際通信過程中得到有效應(yīng)用。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)研究人員對超寬帶無線進行了深入研究。到20世紀90年代，設(shè)備制造技術(shù)的進步，使得超寬帶無線系統(tǒng)不斷完善，超寬帶無線的基本構(gòu)成和具體細節(jié)得到了發(fā)展[1]。

在國外，因為超寬帶無線具有信息傳輸快等優(yōu)點，所以在軍事雷達和災(zāi)害救援搜索等領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用。超寬帶無線具有獨特性，在微電子技術(shù)水平不斷提高的背景下，在通信技術(shù)領(lǐng)域得到了一定應(yīng)用，提高其技術(shù)水平，同時大大降低了費用。超寬帶無線是一種低功耗且相對簡單的無線通信技術(shù)，對信道衰落不敏感，可以有效收集和整合周圍的數(shù)據(jù)信息。

超寬帶無線發(fā)展背景下，寬頻在短波中得到了一定應(yīng)用。短波是通信和寬帶高頻雷達的關(guān)鍵內(nèi)容之一。寬頻在短波中的應(yīng)用，提高了信息數(shù)據(jù)傳輸速度，同時進一步擴大了空間。短波中由于導(dǎo)線較多和結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，其占地面積較大，不適合安裝在空間受限的場合。寬頻在短波中的應(yīng)用，所需寬帶天線較少，甚至不需要天線就可以實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的傳輸。

2 超寬帶無線系統(tǒng)

超寬帶無線的優(yōu)點較多，在實際運行過程中受外界影響較小。所謂超寬帶帶寬，主要是按美國聯(lián)邦通信委員會定義的，比中心頻率高。比如，對于一個中心頻率在4 GHz的信號，需跨越到一個更高的范圍才能是超寬帶無線信號。系統(tǒng)發(fā)送設(shè)計如圖1所示。

技術(shù)人員要想加強對超寬帶無線的合理應(yīng)用，不僅要分析超寬帶無線在通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用措施，還要分析其內(nèi)容，完善其模式，加強對超寬帶無線的合理應(yīng)用，為超寬帶無線的穩(wěn)定運行提供保障。

圖1 系統(tǒng)發(fā)送設(shè)計

3 產(chǎn)生超寬帶無線脈沖信號的過程

在超寬帶無線應(yīng)用過程中，產(chǎn)生極短脈沖寬度的信號源是超寬帶無線技術(shù)在工作過程中有效應(yīng)用的前提條件。所以，技術(shù)人員要分析無載波窄脈沖信號，不斷激勵信號的波形，加強對單個短脈沖的控制，分析其產(chǎn)生過程[2]。

3.1 光電方法

這種方法的基本原理主要是利用光導(dǎo)開關(guān)，導(dǎo)通上升沿獲得脈沖信號。它屬于激發(fā)源的激光脈沖信號，得到的脈沖寬度能達到所規(guī)定的量級。研究發(fā)現(xiàn)，由于光導(dǎo)開關(guān)主要采用集成方法制成，所以在實際應(yīng)用過程中獲得了很好的一致性，是超寬帶無線工作過程中的常用方法。

3.2 電子方法

在超寬帶無線中，這種方法的原理是對半導(dǎo)體PN結(jié)反向加電，使其達到雪崩狀態(tài)產(chǎn)生脈沖信號，是目前應(yīng)用得最廣泛的方式。但是，它主要采用電脈沖信號作為觸發(fā)，前沿較寬，在實際觸發(fā)過程中精度會受到影響和限制。在要求控制脈沖精度的過程中，如果使用這種方式將達不到要求控制的精度。

受晶體管耐壓特性的限制，使用這種方式只能產(chǎn)生幾十伏到上百伏的脈沖。雖然脈沖寬度能達到1 ns以下，但難以控制其精度。

在研究超寬帶無線的過程中，脈沖位置調(diào)制和脈沖幅度調(diào)制是超寬帶無線電的主要調(diào)制方式。用每個脈沖出現(xiàn)的位置調(diào)節(jié)特定信息，整合調(diào)制信號時要保證技術(shù)的正確接收，也就是用交叉器檢測和處理調(diào)制信息，如果不進行處理就不能達到正確接收的目的，從而影響超寬帶無線在通信技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

在超寬帶無線系統(tǒng)的穩(wěn)定運行中，主要采用跳時脈沖位置調(diào)制設(shè)計長脈沖序列，在時間上對下一塊信息進行隨機分布，能在頻域內(nèi)得到更加準確的信號，在保證信息數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，使超寬帶無線在頻域中迅速傳播。

4 超寬帶無線的內(nèi)容

4.1 天 線

為充分發(fā)揮超寬帶無線在通信領(lǐng)域中的作用，研究和分析了輻射時域短脈沖天線。超寬帶無線中的天線作為信號信息傳播的主要途徑，在保證達到相關(guān)要求的同時，還要對其進行分析。天線的輸入阻抗具有超寬帶特性，所以能在迅速傳播信息的同時，保證相關(guān)信息和超寬帶無線中的脈搏沖量一致，有效輻射信號能量，從而為數(shù)據(jù)信息在超寬帶無線中的穩(wěn)定傳播提供基礎(chǔ)。

研究天線發(fā)現(xiàn)，其相位中心具有超寬頻帶不變特性，即要求天線的相位中心在主要頻帶上保持一致。因此，研究短脈沖輻射技術(shù)時，技術(shù)人員可以借鑒國外早期采用的扇形偶極子天線技術(shù)。

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，相關(guān)的技術(shù)人員利用集成電路方式進行饋電，結(jié)合實際情況研究了超寬帶平面槽天線。它具有超寬帶特性，對較高頻率沒有限制，可以高速傳輸數(shù)據(jù)信息。

4.2 收發(fā)信機

傳統(tǒng)無線收發(fā)信機的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以數(shù)據(jù)信息的傳輸速度較慢。傳統(tǒng)的無線收發(fā)信機一般采用超外差式結(jié)構(gòu)，超寬帶無線收發(fā)信機主要采用零差結(jié)構(gòu)，能在較高的傳輸速度下進行十分簡單的操作，減少了能量損失，降低了經(jīng)濟成本[3]。

5 超寬帶無線技術(shù)在通信領(lǐng)域應(yīng)用的特點

5.1 傳輸速率高，空間容量大

研究人員分析信道容量公式發(fā)現(xiàn)，在加性高斯白噪聲信道中超寬帶無線系統(tǒng)的傳輸速率沒有誤差，信號帶寬B高達500 MHz～7.5 GHz，說明超寬帶無線具有非常高的傳輸率和空間容量。因此，即便信噪比很低，超寬帶無線系統(tǒng)的傳輸速率在短距離上仍可達到幾百兆。實際的信息數(shù)據(jù)傳輸過程中，使用7 GHz的帶寬，信噪比即便低到10 dB，其理論信道容量也會到達1 Gb/s，因此超寬帶無線在通信技術(shù)領(lǐng)域中提高傳輸速度的同時，大大提高了空間容量。

5.2 完成了短距離通信

研究超寬帶無線的過程中發(fā)現(xiàn)，超寬帶無線系統(tǒng)的可輻射功率存在一定的限制，在3.1～10.6 GHz頻段的總輻射功率只有0.5～5 mW，遠遠低于傳統(tǒng)窄帶系統(tǒng)。同時，在傳輸距離不斷增加的過程中，它的信號功率會不斷衰減。為有效提高信息接收的效果，縮短傳輸距離，相關(guān)技術(shù)人員和研究人員根據(jù)香農(nóng)公式，利用信道容量表示距離。

超寬帶信號具有極其豐富的頻率成分，技術(shù)人員可根據(jù)這個特點對超寬帶無線技術(shù)進行創(chuàng)新。但是，隨著傳輸距離的增加，超寬帶無線的高頻信號會減弱，導(dǎo)致超寬帶無線中的信號產(chǎn)生失真，從而影響通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相關(guān)研究表明，當(dāng)收發(fā)信機間距離小于10 m時，超寬帶無線系統(tǒng)的信道容量高于WLAN系統(tǒng)，因此超寬帶無線適合應(yīng)用于短距離通信。

5.3 良好的共存性和保密性

因為超寬帶無線的輻射譜密度較低，所以它具有很好的共存性和保密性。在通信技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用超寬帶無線，可實現(xiàn)對無線頻譜資源的有效利用。極低的輻射譜密度使數(shù)據(jù)信號在實際傳輸過程中很隱蔽，難以被截獲，一定程度上提高了通信信息的保密性[4]。

5.4 分辨能力強，定位精度

超寬帶無線采用持續(xù)時間極短的窄脈沖，所以它的時間和空間分辨能力很強，信號的分辨率也極高。這種極高的多徑分辨能力，可讓超寬帶無線中的信號變得更加精確，保證測距和定位能力具有高效性。因此，通信系統(tǒng)要想提高信息傳輸?shù)木_性，就要辯證地分析超寬帶無線信號的多徑分辨能力。

因為無線信道的時間及頻率選擇都是影響超寬帶無線在通信領(lǐng)域應(yīng)用的重要因素，所以在窄帶系統(tǒng)中要加強對時間和頻率的控制。不可分辨的多徑導(dǎo)致衰落，因此在信息技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，為完善通信系統(tǒng)，技術(shù)人員一定要認識到超寬帶無線在通信技術(shù)領(lǐng)域中的重要性。

5.5 體積小和功耗低

超寬帶無線作為一種新型的信息通信技術(shù)，具有體積小和功耗低的優(yōu)點。超寬帶無線的數(shù)據(jù)可在不需要正弦載波的基礎(chǔ)上被調(diào)制在窄脈沖上并進行傳輸，然后接收機利用相關(guān)器直接檢測信號。超寬帶無線在通信技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，可大大降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，從而不斷減小體積和功耗，為通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行奠定基礎(chǔ)[5]。

6 超寬帶無線的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著新時代的到來，信息技術(shù)不斷發(fā)展。超寬帶無線作為一種無載波通信技術(shù)，起源于20世紀60年代。無線通信技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，人們對無線通信提出了更高的要求。超寬帶無線在提高大數(shù)據(jù)傳輸速率的同時，改善了設(shè)備的發(fā)射功率。但是，超寬帶無線系統(tǒng)的整體架構(gòu)存在一定的問題，所以技術(shù)人員需進一步研究超寬帶無線。

在信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，為加強超寬帶無線在通信領(lǐng)域的合理應(yīng)用，技術(shù)人員還要創(chuàng)新和研究超寬帶無線的傳輸速率和高頻段方式等，整合每個超過1 GHz頻帶內(nèi)極短時間脈沖中的數(shù)據(jù)信息，分析超寬帶無線的特點，保證其系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

7 應(yīng)用前景

7.1 電子設(shè)備中的應(yīng)用

超寬帶無線除了在通信技術(shù)領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用外，在移動電子中也得到了一定的應(yīng)用，可為PC用戶提供無線USB、為PC和打印機等設(shè)備提供無線連接以及實現(xiàn)信息的快速傳遞。PC主要采用超寬帶無線作為短距離線纜的替代方案，信號傳輸效率較快，還可將所有的影像捕捉設(shè)備和個人電腦互聯(lián)，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的影像。此外，可將其直接連接到顯示設(shè)備和P2P設(shè)備，使移動電話變成個人服務(wù)器，為人們的生活提供便利。

7.2 家庭消費電子類產(chǎn)品

研究人員發(fā)現(xiàn)，超寬帶無線在家庭消費電子產(chǎn)品中的應(yīng)用會消除家庭娛樂設(shè)備間的電纜，提高人們的生活質(zhì)量。超寬帶無線具有空間容量大和功耗低等優(yōu)點，所以在各個領(lǐng)域得到了應(yīng)用。技術(shù)人員為搶占龐大的超寬帶無線，加強了其在通信技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，對其進行了進一步的研究和完善，并結(jié)合實際情況開發(fā)了無線USB規(guī)范[6]。

為加強對超寬帶無線的合理應(yīng)用，保證信息數(shù)據(jù)的準確性，使家電等相關(guān)產(chǎn)品能滿足消費人員的要求，提高超寬帶無線在實際發(fā)展過程中的影響力，需深入研究超寬帶無線的特點，結(jié)合通信系統(tǒng)在實際運行過程中的問題，引入先進技術(shù)不斷完善超寬帶無線系統(tǒng)，提高其技術(shù)性能，在保證數(shù)據(jù)信息穩(wěn)定的基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息的快速傳遞。

超寬帶無線不管是在通信技術(shù)領(lǐng)域還是在其他領(lǐng)域，都有著廣闊的應(yīng)用前景。因此，為進一步促進我國信息技術(shù)和通信技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展，技術(shù)人員深入研究超寬帶無線的特點[7]。

8 結(jié) 論

綜上所述，在信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，通信技術(shù)成為人們生活和生產(chǎn)過程中不可缺少的部分。通信技術(shù)的好壞對人們的生活質(zhì)量具有直接影響。為進一步提高信息傳輸?shù)乃俣龋璺治龀瑢拵o線的特點，完善通信系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)信息的準確性，擴大空間容量，為我國信息技術(shù)在社會中的穩(wěn)定發(fā)展夯實基礎(chǔ)。