超宽带无线通信技术发展趋势探讨

周俊

摘 要：超宽带技术是源于美国的新型通信技术，由于其具备其他通信技术难以比拟的优点，而获得长足的发展。我国信息技术的迅速发展以及信息通讯系统的完善，为超宽带无限通信技术的发展奠定了雄厚的物质和技术基础。超宽带无限通信系统是发展最为迅速、前景最为乐观的一种技术、它也是一个涉及多个子系统和由多个环节链接而成的整体。

关键词：超宽带；无线通信技术；发展趋势

中图分类号： TN925 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-146-2

0 引言

超宽带无线通信技术（UWB）是使用一种持续时间较短的能量脉冲序列，然后再经过相关的正交频分调制或者说直接排序把脉冲扩展到一定的频率范围之内的一种无载波无线通信互联技术。UWB的带宽非常宽，但是其频谱的功率密度相对来说又非常小，这就造就了UWB的另一特点，那就是扩频通信。

1 超宽带无线通信技术的含义

随着我国信息技术的迅速发展，国家业已形成初步的信息通讯系统，此举为超宽带无限通信技术的发展奠定了雄厚的物质和技术基础。网络架构的形成使得终端设备连接在一起形成一个完整的系统成为可能。

1.1 超宽带系统的含义

如前所述，超宽带技术的研究兴起于西方国家，因而，在超宽带无限通信领域最具权威的机构莫属美国联邦委员会。对超宽带无线通信技术进行研究，首先应该明晰其内涵和特征。根据该机构给出的定义，超宽带是与传统宽带相对应的一种宽带技术，其特殊之处表现在其绝对带宽大于500MHz，或者从另一个角度进行衡量，其信号的-10db相对超过1/5。

1.2 超宽带系统的特征

①与传统宽带技术相比，超宽带技术具有广泛的应用领域以及乐观的发展前景。超宽带可与多媒体技术融合应用于商业，与信息系统相连接用于交通领域，与家庭网络相结合服务家庭生活。

②它还可以与无线传感器相融合，用于定位捕捉动态信息。除此之外，超宽带技术可以节约成本、降低能耗、高速完成传输任务。

随着社会的发展，人口增长与资源开发之间的关系越发微妙，资源面临枯竭的危险，与此相对应，资源的减少带来的是边际成本的迅速提高。就无线通信技术所依赖的频谱资源而言，频谱的范围是极其宝贵而有限的，但使用无线频谱的机构或者领域是非常广泛的，无论是国防领域，还是雷达探测，还是民用通信，均离不开频谱资源。

解决频谱资源短缺的方式有两种：

①科学合理地分配无限频谱资源、提高无线频谱资源的利用效率；

②开发新的替代资源。其中，超宽带无线通信系统即是尝试通过提高无线频谱资源的利用效率的方式，应对无限频谱资源稀缺的困境。

综上所述，超宽带无线通信系统具有广阔的应用空间，在短距离传输信号以及无线通信方面具有其他技术难以超越的性能，因而为业界人士所重视。

2 超宽带无线通信技术

超宽带信号在传输过程中有些因素很容易导致接收机信号的波形发生严重的失真现象，如大尺度路径损耗、阴影效应、小尺度多径衰落等因素都会影响到它。与此同时，其他一些因素也会影响信号，如多址技术干扰、窄带方面的干扰和背景噪声等。所以，必须解决以下一些关键技术，才能够进行进一步的研究与开发，一是接收机技术，二是同步技术，三是就信道估计。

2.1 Rake接收机

UWB收发信机的结构相对来说要比那些传统的简单，因此UWB系统在家庭、办公室等这些环境中应用比较多，同时多径信道的最大时延可以达到200ns以上，可分辨多径数量与信号带宽是有一定关系的，它们之间是成正比的，通常情况下可以高达几十至上百条。

UWB信号有非常大的带宽，这就导致了收发天线和无线信道都将会引起较严重的信号波形失真，如果瑞克接收机相关器模板仍然采用理想的脉冲波形，系统的性能将会受到很大的影响和损失。相关估计和修正脉冲信号是接收机相关器模板中必不可少的两部分。换句话说，相关器模板通常就是实际测到的UWB信号脉冲波形。

2.2 定时同步技术

在数字通信系统中，同步定时都是最根本的任务。对传送的数据都是通过精确的同步算法来进行相关接收的。

定时同步在UWB通信系统中有非常重要的位置，因为在定时同步中定时偏差和抖动都会严重地影响到接收到的一些相关性能。一般定时同步分为两个阶段，一个是捕获，另一个是跟踪。在捕获过程中，接收机的主要作用就是需要快速地搜索到信号的到达时间，进而根据结果调整接收机的定时问题。至于同步跟踪的问题，接收机的另外一个主要作用就是对微小的定时偏差起到补偿和保持同步的作用。

大体情况来讲，数据辅助的定时同步和盲定时同步在UWB系统中目前来说是最为重要的两大类。对于盲定时同步的作用就是用来定时捕获和跟踪的，其主要依据是内在的循环平稳这一特征。虽然这种方法效率問题上比数据辅助的同步方法上要高，但是在捕获速度这方面及同步性能上会稍有逊色。

无论是定时同步还是盲定时同步，其主要不同之处应该说是相关器模板和先验信息的之间的不同。突发式的包传递模式是高速无线个域网中经常采用的。

2.3 信道估计技术

非相干检测在传统的数字通信系统中占据非常重要的位置，其定义是之相位之间没有任何的关系、如果采用它，接收机的复杂度非但可以简化掉、就连信道估计也可以省掉了。通常情况下、系统传输的可靠性和功率效率需要采用另一个方法，那就是采用相干检测，因此UWB接收技术中还存在的关键问题之一就是信道估计的一些问题。

信道的估计方法一般可以分为两大类，简单地先说数据辅助一类，另一类信道估计就应该是盲（Blind）信道估计了。对于前一种方法而言，其速度可以说估计较快，但是还存在的一个问题就是频谱利用率和功率利用率，工作原理是利用已知的训练符号进行估计。再来看盲信道估计就不一样了，它不需要训练符号就可以利用本身的结构特点或者是数据信息内在的统计特点来进行估计。但是，数据辅助的信道估计计算复杂度要高出很多，不仅如此，收敛速度也是相当慢的。

UWB的信道的变化速度相当慢，一般应用于房屋内，因为有时候已经可以看作是准静态了。数据辅助的估计方法对那种突发式的包传递模式来说是较为理想的一种方法，因为它估计信道不需要那么复杂，只需要插入一点训练符号即可，如果能够再配合判决反馈来提高精度就可以说得上更加完美了。

3 超宽带无线通信的发展趋势

超宽带无线通信在具备多方优势的同时，同样也存在着诸多不足，如宽带占用大，导致对其他无线通信系统造成强烈干扰，因而，众多学者一直对超宽带无线通信的频率使用有着很大的争议；另外，超频带在信号发射中具有较低的平均功率，脉冲时间也很短暂，这样它的瞬时功率峰值就会非常大，这在一些行业使用上会有影响。

然而，这并不会对超宽带无线通信的发展和运用造成影响。当前，无线多媒体、无线技术方面大量运用无线通信技术，根据客户的需求，自组小范围自有网络，传输数据，并可将数据传输到网络中。同时，超宽带无线通信被广泛应用于无线通信和定位系统、智能交通系统等，为交通智能收费、汽车行驶安全提供了低成本高性能的解决方案。利用具备无载波脉冲方式的超宽带无线通信系统穿透力强的特点，将其应用于军事、勘探等多个领域中，取得了非常好的效果。超宽带无线通信作为当前一种新兴的无线通信技术，尽管还有许多的不成熟，但其应用前景还是十分明朗的。随着智能化电子设备发展加快，对短距离的数据实现快速传输越发迫切。当前的超宽带无线在频率管制、标准化等方面虽与无线技术相互竞争，但随着无线多媒体发展，其在消费电子、通信等领域会有大规模应用。

4 结束语

超宽带无线通信技术是当前电子通信领域发展的重点。本文对超宽带无线通信的发展进行了简介，针对其技术上的功能和特征进行了具体分析，并以此为基础，探讨了超宽带无线通信技术的发展趋势。

参 考 文 献

[1] 韩宇.超宽带无线通信相关技术浅析[J].中国新通信，2015，02：45.

[2] 杜成龙.议超宽带无线通信技术[J].中国新通信，2015，04：121-122.

[3] 刘术，孙东阳.超宽带无线通信相关技术的探讨[J].中国新通信，2015，18：45-46.

[4] 武兴佩，王琼，李萌.超宽带无线通信技術的研究[J].信息通信，2015，12：201-202.