浅谈超宽带无线通信技术的特点及其应用

2011-04-13李家全翁学林

科技传播 2011年6期

李家全，翁学林

苏州市公安局平江分局，江苏苏州 215031

美国联邦通信委员会2002年对UWB定义为工作在3.1GHz～10.6GHz频带内，-10dB相对带宽大于20%，或者-10dB绝对带宽超过500MHz的为超宽带（Ultra Wide-band,UWB）。它是在较大的带宽上实现速率为100Mbps-1Gbps传输的技术，由于其具有系统容量大、多径分辨能力强、功耗低等特点，所以，被认为是未来几年内电信热门技术之一，受到广泛关注。

UWB在过去很长的时间里主要被应用在雷达和GPS定位设备中，近年来其应用被拓展到了宽带无线通信等领域中，并备受关注，如摩托罗拉、Nokia等通信设备制造商开始UWB的研发工作。我国在“十五”国家863计划通信技术主题研究项目中，也将“超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术”列为重要研究内容。

1 UWB技术的特点

传统的通信技术是把信号从基带调制到载波上，而UWB技术是通过具有有限陡上升和下降时间的冲击脉冲对数据进行直接调制，从而具有GHz量级的带宽，最大数据传输速率可达几百Mbps。其主要特点有：

1）系统结构实现简单

由于UWB是通过发送纳米级脉冲来实现数据信号的传输，无需使用载波，所以UWB发射器可以直接使用脉冲小型激励天线，避免了功用放大器与混频器的使用，降低了UWB的发射器的成本。而UWB的接收机也不同与传统的接收机，无需中频处理，实现起来也比较简单，如图1。接收过程中，脉冲信号通过天线匹配、滤波、放大后直接A/D转换，交由数字信号处理器处理复杂的匹配滤波、分集接收、均衡、解交织、译码等基带处理。通过一个基带信号处理芯片、射频信号处理芯片和UWB天线完成整个UWB信号收发。

图1 UWB 接收机原理图

2）信号占有频带宽、传输速率高。由于目前FCC开发的频段是3.1GHz～10.6GHz， UWB系统发射的功率谱密度低而平坦，极宽的频带加上室内多径影响的消除，使得传输速率可达到每秒几千兆比特。

3）强大的多径分辨能力。常规无线通信的射频信号大多是连续信号或者持续时间远大于多径传播时间，这使得大量的多径分量交叠，造成多径衰落，降低了通信质量和数据传输速率。超宽带无线通信发射是持续时间极短的单周期脉冲，经多径反射的延时信号与直达信号在时间上可以分离，抗多径衰落能力较强。

4）抗干扰能力强；UWB系统占用更宽的信号带宽，具有更低的平均功率谱和很高的瞬时功率，在扩频处理增益和抗截获/探测概率两项重要性能指标上均远高于常规扩频通信系统。

5）功耗较低。UWB系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20ns～1.5ns之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百µW～几十mW 。民用的UWB设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右，是蓝牙设备所需功率的1/20左右；军用的UWB电台耗电也很低。因此，UWB设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性[1]。

2 UWB技术的应用

UWB通信利用了相当宽的带宽，并且能够与其他的应用共存，因此UWB可以应用在很多领域，如：智能交通系统，无线传感网，个域网，射频标识，成像应用等。利用UWB的搜索和定位功能可以制造雷达，装载雷达的汽车等遇到障碍物会及时给与提醒，利用UWB还可以建设智能交通管理系统，系统由若干站台装置和车载装置组成无线通信网。UWB可以在限定的范围内以很高的数据速率、很低的功率传输信息。UWB能够提供快速的无线外设访问来传输文件、视频、图像等，特别适合应用于个域网。