超宽带技术在未来无线通信中的应用

马立群

【摘 要】对超宽带技术最早进行使用的是美国国防部，只是随着这项技术的发展，才最终在后来实现统一的理解和定义。随着网络技术的发展，越来越多的人追求起高速率。在本文中，笔者就对超宽带这种技术从概念、技术特点、应用情况和技术挑战等方面进行分析，并对超宽带技术在未来的发展前景给予了肯定。

【关 键 词】 超宽带技术 无线通信 技术特点 应用 挑战

【中图分类号】 TN92【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0246-02

从我们现在身边的生活的各种科技的应用，就可以发现，随着无线通信技术在全世界的不断发展，有线通信时代即将成为历史，无线通信会在不久的未来取代有线通信技术，并逐渐成为通信领域最有活力的新工具、新方法，可以应对人类对通信技术不断变化的需求，可以适应新兴的科技快速的发展速度。尤其是近几年，超宽带技术的应用领域逐步扩大，而这项技术本身具有巨大的潜力发展的特点，通过近些年不断取得的新的进展，从国防到社会生活中都可以看到这项技术在各个领域的存在。

一、超宽带无线通信技术的概念

超宽带这个属于来源于美国国防部，也被称为UWB，事实上这是对在一定频率范围内的信号的状态的定义，在定义规范中对信号达到二十分贝、带宽超过一点五千兆赫兹或者分数带宽大于25%，那么这个信号就是超宽带信号，超宽带无线通信就是使用超宽带信号进行的无线通信。

相比于现在常用的一些通信方式使用的连续载波通信技术，超宽带通信技术采用的是很短的脉冲，利用平均的信号的效果就是每个脉冲的持续时间是很短的，通常只有几十皮秒到几纳秒，但这些脉冲所占用的带宽甚至高达几千兆赫兹。因此，最大数据传输速率会达到每秒数百个兆比特（见图一）。

二、超宽带技术的特点（见表1）

1、具有很好的共存性

超宽带技术所使用的UWB发送装置的发送功率是非常小的，所以从理论上讲，超宽带技术和其他现有的通信技术系统，可以使用的共享频谱。这种共存的超宽带技术为实际应用提供了基础。而且超宽带技术通信的发送功率可以通过使用者或管理者进行人为地控制，这样就可以有效避免与其它信号出现的干扰情况。

2、传输速率高

随着人们对信息需求量的增加，对数据传输通信的速度追求也逐步增加，但是现有的各种通信传输速率都不能令人满意，而超宽带无线通信的数据传输速率最低可以达到每秒数兆比特，高的可以达到每秒几十兆比特，这远高于现在所有的通信传输技术的传输速度。

3、抗干扰性能强

UWB信号的传输属于无线信号的传输，在传输的时候分布在很宽的频带里，自身的输出功率小，利用接收器可以恢复传输的信号，在进行解扩的过程中会产生扩频增益的信号能量。这是因为具有这个特点，相比于现有的多数通信传输技术，具有更强的抗干扰性。

4、带宽极宽

顾名思义，超宽带技术的命名就是因为其带宽一般都是在一千兆赫兹以上，甚至有的带宽高达几千兆赫兹，而超宽带又具有与其他通信技术共存的特点，就可以使现在的无线信号传输获得新的一种频率资源，有效解决现存的问题。

三、超宽带无线技术的应用

1、高速无线个人网

据数据统计，全世界的网民有二十二亿多，其中有三分之二都在家上网，可见个人用户对网络需要的庞大，目前一般的个人网络用户的数据传输速率为100？500 Mb/s，采用的多是点对点的传输形式。而个人网络用户对网络传输速率的需求更大，而且对数据的使用需求更多，这就需要高速的无线网络传输，也就是超宽带技术。

2、无线以太网接口链路

WEIL现在广泛应用于家庭电脑以及智能手机系统，WEIL应该满足以下要求：符合个人电脑制造商的需求，可以成为以太网电缆的替代品的需求；可以在消费者的角度实现个人电脑和液晶平面的高质量的无线视频传输功能，使无线数字视频可以进行传输。

3、智能天线区域网

IWAN的特点是：对于房间或办公室的高密度设备，覆盖范围为三十米。设备的要求必须符合成本低、功耗低为用户提供家庭/办公室的智能网络分布。设备必须满足精确定位、跟踪，在当前短程窄带网络可以让环境敏感的设备进行使用等功能。

4、室外点对点网络

使用什么样的标准来确定网络集中式或分布式的架构，这是一个需要进一步研究的技术问题。随着使用UWB的监管取得了不断的进步，这种情况可能会发生改变。

5、传感器，定位和识别网

在工业应用中，必须要有先进的功能，以应对动态地改变需要，对它的界面和传播环境的链路可靠性和自适应系统作出合理的反应。在不同的情况下，实现各种网络的无条件共存和互操作性。

四、技术挑战

目前基于窄带载波调制的短距离无线系统，无法实现视频的高速传输，对移动终端的准确位置不能进行确定，对位置敏感的应用程序不能进行支持，但是很多用户都需要这几种系统的能力，这也是超宽带下一步的研究方向。

调制和编码技术在该领域，也出现了一些新的挑战。因为最初在军事上使用超宽带技术并不把追求高容量作为一个主要目标。但是随着这种技术在其他系统中的大量使用，用户容量成为首先要考虑的问题。编码和调制就是为了适应多用户对高容量的需求所研究出的一种方法，以信道编码技术调节系统容量这种最有效的方法来提高系统容量。

此外，虽然该系统具有UWB多径效应的抗干扰的能力，但是仍然会受到系统的多径效应的制约。在特殊情况下，可能会导致大的室内环境中信号的传输出现多径信号的传播现象，这就需要有一种有效的方法用于减轻这些影响。

另一个挑战来自于物理层UWB设备的天线设计和实施。在正常情况下，需要小的和便携式通讯设备的天线，但是这样的天线很容易损坏，就需要集成到移动设备中，可以在不同的环境中有效地工作。

另一个问题是，来自其他无线接收机的带内干扰信号会对UWB传输造成干扰。正是这种发生的很接近的干扰问题，使很多技术人员开始进行研究，因为UWB发射功率谱密度比较小，容易受到UWB接收机的噪声和干扰。

综上所述，尽管目前现有的UWB技术在一些方面还存在问题，但随着无线多媒体应用的日益普及，超宽带技术会在无线通信的领域获得广泛的应用，会有很好的发展前景。

参考文献

[1] 张靖.超宽带无线通信技术及发展[J]电信科学，2001，（11）

[2] 武林俊、李燕文.超宽带技术在未来无线通信中的应用[J]现代电子技术，2007，（13）

[3] 孟琰、史健芳. 超宽带无线通信技术发展浅析[J]科学之友，2012，（06）