UWB通信技术中的时间调制技术及应用前景

潘乐乐

[摘要]分析uwB通信技术中的时间调制技术的原理和优点，同时结合相关案例分析探讨其应用现状和未来应用的发展难点和措施。

[关键词]时间调整超宽带

中图分类号：TN91文献标识码：A文章编号：1671—7597(2009)1020113—01

一、何谓UWB技术

所谓UWB技术，也叫超宽带技术。简单的说UWB技术是基于短的能量脉冲序列、通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围，利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据的一种无载波通信技术，由于其不适用载波，该技术传输速度较之其他的技术快很多，同时其功耗也小很多。超宽带使用的电波带宽为数CHZ，它搞出普通的带宽20MHZ的无线LAN的带宽几百倍。

二、时间调制技术的基本原理

目前的无线通信系统大多采用恒包络直接扩频调制方式，而使很多人忽略了采用脉冲跳时调制的无线通信方式，即时域通信技术。当前，超宽带无线电的实现基本上是采用冲激无线电技术。它不是基于正弦载波的无线电系统的概念，而是一种采用冲激脉冲作为信息载体的非正弦系统。

(一)时间调制超宽带TM-UWB的关键技术——时间调制技术。TM-UWB技术的一般工作原理是发送和接收脉冲间隔严格受控的高斯单周期超短时脉冲，其宽度通常在200ps-500ps之间，脉冲与脉冲之间的间即，即重复周期通常在25ns-1000ns之间，超短时单周期脉冲决定了信号的带宽很宽，超宽带接收机直接将射频信号转换为墓带数字信号和模拟输出信号。只用一级前端交叉相关器就把电磁脉冲序列转换成基带信号，不用传统通信设备中的中频级，极大地降低了设备复杂性。单比特的信息常被扩展到多个单脉冲上，接收机将这几个脉冲相加以恢复发射信息。

(二)时间调制超宽带宽(TM--UWB)系统的性能特点。基于时间脉冲位置调制的超宽带无线时域技术有以下特点：用超短周期脉冲进行通信，此信号本身为超宽带信号，谱密度极低，信号的中心频率在650MHz-SGHz之间，在亚毫瓦量级的平均功率下的传输距离达数英里，抗干扰和抗多径的能力强，具有很宽的带宽和多个信道可以利用，与扩频系统相比，时域通信系统结构简单，成本相对较低。具体来讲：

1、隐蔽性好。无线电波空间传播的“公开性”是无线电通信较之有线通信的固有不足。超宽带无线电的射频带宽可达IGHz以上，且所需平均功率很小，信号被隐蔽在环境噪声和其它信号中，难以被敌方检测。

2、处理增益高。超宽带无线电处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每个比特所用的脉冲数，可以做到比目前实际扩谱系统高得多的处理增益。

3、多径分辩能力强。由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10-30dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到5dB。

4、传输速率高。数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化是通信发展的主要趋势。确保提供高质量多媒体业务的无线网络，其信息速率不能低于50Mbps。超宽带无线电在近距离能提供很高的数据传输速率，研究表明，在10-100m范围内，传输速率可达到50Mbit／s-250Mbids，但超过100m系统吞吐量将大大降低。

5、系统容量大。超宽带无线电发送占空比极低的冲徽脉冲，采用跳时(TH)地址码调制，便于组成类似DS-CDMA系统的移动网络。由于超宽带无线电具有很高的处理增益，并且具有很强的多径分辩能力，因此，超宽带无线电系统用户数量大于3G系统。

6、穿透能力强。实验系统证明，超宽带无线电具有很强的穿透树叶和障碍物的能力，有希望填补常规超短波信号在从林中不能有效传播的空白。

7、低功耗。超宽带无线电的功耗很低，仅为1～4mW大大延长了电源的供电时间。

正是由于上述特点，TM-UWB技术可以用在个人通信系统(Pc、建筑物内通信系统、高速无线局域网、家庭智能网、无绳电话、保安探测、近距离高精度定位等方面。

三、UWB通信技术中的时间调制技术的应用及其前景分析

(一)雷达应用。TM-UWB技术用于地面探测雷达(GPR)已有一段历史，现在正在向成像系统的新方向发展，并可应用于治安、消防和人员营救中，用来对藏在墙后或者碎片中的人员进行定位。

(二)通信应用。TM-UWB设备可以应用于各种通信系统下，如避免多径效应干扰的短距离高数据率通信。多径效应是一种辐射现象，它由于传输信号本身的反射，导致了到达接收天线的信号经由两个或多个不同的路径。UWB通信设备可以用于楼内或家庭的无线传输服务，如电话、电报和电脑网络。这些设备也可提供隐蔽、可靠的通信，从而应用于治安、消防和人员营救。的用途包括：紧急事件中的区域照明，人员和有用资产跟踪，交通工具或工农业设备的精确导航。目前已开发的系统有：

固定无线通信：距离超过16公里的全双工系统，工作频率1.3GHz，平均输出功率250微瓦，可达到39kbps-156kbps的数据传输率。

移动无线通信：全双工的walkie-talkie系统，工作频率1.7GHz，平均输出功率2毫瓦，数据率32kbps，距离900米。

楼内通信：单12GHz的数据链路，有效输出功率50微瓦，不用前向纠错仍保证BER为零时，能在有两堵墙的办公室环境中达到32Mbps的数据传输率，性能相当不错。

当前无线技术的应用越来越红火，无线资源也显的越来越进展，无论是GSM，CDMA还是众目期盼的3G技术，都远远不能满足消费者对无线带宽资源的需要，超宽度无线电技术及时间调制技术的出现，使无线通信有“山穷水复疑无路，柳暗花明又一村”的感觉。

但UWB技术及时间调制技术，虽然有着极大的吸引力-但它背后隐藏着许多极具挑战性的研究课题。UWB及相应的时间调制技术真正进入商业，还有好长的路要走：首先，要建立从时域角度考虑的超宽带无线电发射器的模型。UWB技术使用的天线最好从时域的角度考虑：天线的紧凑型、低电压、天线的辐射效率、全向天线和定向天线的选择等都需要解决。

低电平超宽带无线电信号集合干扰问题也是以后研究的重点。在理论上和实践上改进和完善时间调制信号与频域调制信号之间的相互干扰问题。仿真结果表明在理论上是能够有效的平衡的，但还需要现场实验来验证。

四、结语

虽然超宽带无线电及时间调整技术在进入商用还有许多障碍，但2002~2月14日，FCC正式解除了超宽带技术的民用禁令，准许该技术自由进入民用领域；在当前技术研发突发猛进的时代，新技术新应用的突出空前的快速，相信在不久的将来，时间调制技术将越发显示出它相对与传统频域调制技术的优越性。