浅谈超宽带技术的研究与应用

【摘 要】通过对超宽带技术概念和特点的说明，以及对目前国内外超宽带技术发展状况的介绍，增强了广大的科研人员、学者及爱好者对超宽带技术的认识，揭示了我国在超宽带技术发展过程中所面临的形势，以及所处的角色和地位，为进一步促进超宽带技术的发展，增强我国信息化的进一步建设起着促进作用。

【关键词】超宽带技术；UWB；高速短距离通信；高速无线传输

1.超宽带技术研究

1.1超宽带技术概述

超宽带（Ultra-Wide-band以下简称UWB）技术是一种新型的无线通信技术。它通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制，是信号具有GHz量级的带宽。超宽带技术解决的困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题。它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、低截获能力、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点，在短距离无线通信领域具有巨大潜力。并且由于UWB是对现在已被占用的频率资源的重用，因而可以缓解目前日趋紧张的频带资源需求。目前，基于UWB的技术主要应用于高速短距离通信、雷达和精确定位等领域，还可以应用于Channel Sounding或者测量无线信道的冲击响应。此外，UWB也非常适合室内密集多径传输环境下的高速无线传输。

1.2超宽带技术特点

1.2.1共享频谱。

美国联邦通信委员会对超宽带系统所要求的-41.3dB/MHz等价于75nW/MHz，将它们归入非蓄意辐射体范畴，诸如电视和计算机显示器。这样的功能限制使得超宽带系统存在于典型的窄带接收机的噪声底线之下，并且使得超宽带信号以最小或者没有干扰的方式与当前的无线业务共存。然而，这些都取决于超宽带系统中用于数据传输的调制类型。

1.2.2大信道容量。

对超宽带脉冲而言，大带宽的一个主要优势就是信道容量的提高。信道容量或者数据速率，被定义为在每个通信信道上每秒通信所能发射的最大数据量。

1.2.3低信噪比下工作。

超宽带通信系统能够在具有低信噪比的苛刻通信信道中工作，并且由于其大的带宽而仍旧保证大的信道容量。

1.2.4低截获和检测概率。

超宽带系统对检测和截获具有先天的免疫能力。正是由于这种低发射功率，窃听者必须非常靠近发射机（大约1m）才能检测到发射信息。此外，超宽带脉冲对每一对发射机/接收机而言，在时域用唯一的码进行调制。非常窄的脉冲进行时域的调制增加了超宽带通信的安全性，因为若不知道到达的时刻来检测皮秒级的脉冲几乎不可能。因此，超宽带系统使得获得高度的安全、低截获和检测概率（LPI/D）的通信能得到保证，这些对于军事通信而言是很重要的。

1.2.5抗干扰。

与明确定义的窄带频谱不同，超宽带频谱覆盖了很宽的频率范围，从几近直流到几个吉赫兹，为超宽带信号保证了很高的处理增益。处理增益（PG）是对无线通信系统抗干扰能力的度量，并且被定义为信号的射频带宽与信息带宽之比。

1.2.6多径信道中的高性能。

被称之为多径的现象在无线信道中是不可避免的。尽管短的持续时间使得超宽带脉冲与窄带信号相比其对多径效应不那么敏感，但是这并不意味着超宽带通信对多径真能够完全避免。对超宽带信号模型的研究表明，低功率的超宽带脉冲在密布有大量物体和散射体的室内信道中会有严重的失真，其程度取决于使用的超宽带调制方案。

1.2.7超强的穿透特性。

与窄带技术不同，超宽带系统能够有效地穿透不同的材料。在范围宽广的超宽带频谱中所包含的低频成分为长波，它使得超宽带信号能够穿透多种材料（包括墙）。该特性使得超宽带信号适用于穿透墙的通信系统以及穿透地的雷达。然而仅当其频谱包含有无线频谱的低频部分时，超宽带信号的材料穿透能力才有用。

2.超宽带技术应用

2.1超宽带技术在国内的应用

早在“十五”863计划中，就把超宽带无线通信兼容性技术及其核心技术共存问题，作为无线通信创新技术和共性技术的研究内容，以此来加强国内对这方面研究的深入。我国对UWB技术的研究已经蓬勃兴起，而且在雷达系统方面对超宽带系统有了较为深入的研究。这对于争取在无线通信的研究方面取得世界领先地位，开发出具有中国知识产权的技术和系统等，具有重要的政治效益和经济效益。

2.2超宽带技术在国外的应用

很多国家的政府都积极地引导对UWB技术和应用的研究，这些研究涉及超宽带信号的产生、调制、发送、传播、接收及检测、组网、应用等诸多方面。

2.2.1军用方面。

早在1965年美国就确立了UWB的技术基础。在后来的二十年内，UWB技术主要用于美国的军事应用，其研究机构仅限于军事相关联的企业及研究机关、团体。目前，美国国防部正开发几十种UWB系统，包括战场防窃听网络等。

2.2.2民用方面。

由于超宽带技术的种种优点，使其在无线通信方面具有很大的潜力，近几年来国外对UWB信号应用的研究比较热门，主要用于通信（如家庭和个人网络，公路信息服务系统和无线音频、数据和视频分发等）、雷达（如车辆及航空器碰撞/故障避免，入侵检测和探地雷达等）以及精确定位（如资产跟踪、人员定位等）。索尼、时域、摩托罗拉、英特尔、戴姆勒―克莱斯勒等高技术公司都已涉足UWB技术的开发，将各种消费类电子设备以很高的数据传输率相连，以满足消费者对短距离无线通信小型化、低成本、低功率、高速数据传输等要求。

2.2.3国际学术界。

其对超宽带无线通信的研究也越来越深入。2002年5月IEEE举办了一期会议，专门讨论UWB技术及其应用。2002年2月，美国联邦通信委员会（FCC）正式通过了将UWB技术应用于民用的议案，定义了三种UWB系统。即：成像系统、通信与测量系统、车载雷达系统，并对三种系统的EIRP（全向有效辐射功率）分别作了规定。

超宽带技术以其独特的优势登上了信息化发展的历史舞台。今后哪些国家或者机构团体能够率先引领超宽带技术发展潮流，无疑在信息化领域的建设中具有具足轻重的作用，而且必将获得丰厚的科技、经济、政治收益。对超宽带技术的进一步研究和应用，对我国社会主义现代化建设，对进一步发展信息化及其相关产业，对于进一步改善我国人民群众的生活水平，以及提高我国在世界科技领域的地位具有重要的作用和意义。

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