超宽带通信传输技术研究

【摘要】超宽带通信传输技术（UWB）的出现，解决了因通信量增多，导致电频谱低效、大量授权频段空闲的问题，说明该项技术对于当前通信技术的帮助巨大。就超宽带通信传输技术实际应用来看，其具有多种形式其中以OTN-UWB最具代表性。本文为了了解超宽带通信传输技术，将以有线OTN-UWB为基础对传统超宽带通信传输技术主要问题、关键技术以及OTN-UWB优势、实现方法进行研究。

【关键词】超宽带通信传输技术;OTN;实现方法

OTN-UWB应用当中，OTN主要作为硬件层来使用，利用光传送网设备来实现信号发送、载信号传输，通过信号调整即可实现超宽带通信传输。这种应用方式区别于传统通信技术，可以有效提高通信传输质量，充分利用空闲频段进行传输，此举可以合理规划频谱资源的利用，因此从某种角度上OTN-UWB属于频谱资源规划策略。

1. 传统超宽带通信传输技术主要问题

超宽带通信传输技术出现于90年代中期，在早期应用当中，该项技术还不成熟，出现了很多实际问题，而这些问题延续至近十年也未能得到解决，因此在现代应用当中，首要目的就是攻克传统问题表现。就普遍应用案例来看，超宽带通信传输技术主要存在对其他频段的干扰、通信范围较小的问题，各问题表现见下文。

1.1 对其他频段的干扰

超宽带通信传输技术的干扰问题是指干扰频带现象，这一问题表现在早期应用当中十分常见，人们为了应对此问题，曾严格对该项技术的发送功率进行了限制，由此来降低辐射范围，此项举措确实起到了一定效果，但在限制超宽带技术应用得同时，也未能完全消除干扰问题，即无线LAN免授权频段等许可频段的超宽带干扰依旧存在。此外，早期超宽带通信传输技术本身的抗干扰能力也较弱，原因在于外界干扰因素的影响。

1.2 通信范围较小

实际上早期超宽带技术应用的通信范围并不小，但是在人为限制、信号随距离增长而衰减的条件下，其正常通信的范围较小。针对这一问题，人们希望通过信号生成、天线选择和调制方案等方法来进行优化，但得到的成效不如预期。

2. 关键技术

2.1 频谱感知

超宽带技术应用中频谱感知是基本功能，该项功能可以探测到频谱的空洞，随后切入完成通信。在技术分类上，频谱感知可以通过两种方式来实现，即针对频段目标的干扰温度进行分析，根据温度表现可判断其是否为空洞;根据用户授权信号进行检测、识别，判断其是否属于空洞，这两种实现方式中，以后者更具优势，即后者实现频谱感知功能的复杂度更低，且准确性上不输前者。两种频谱感知实现方法的原理见下文。

方法一：将信号发送端作为中心节点，在离发射机一定距离处取得发射功率，将其作为噪声基准，随后对目标频段的干扰温度进行获取，对比与噪声基准可以形成管理、量化干扰指标，如果干扰温度数值低于噪声基准，则代表其属于频谱空洞。方法二：主要采用匹配滤波法、能量检测法、单节点本地感知判决、多节点协作式感知判决等方法，对用户授权信号进行检测，根据检测结果可以得到用户端频谱功率，依照功率可以直接进行判断。

2.2 信道状态估测

在成功感知到频谱空洞的基础上，为了保障信号传输稳定，需要进行信道状态估测工作，目的在于了解信道容量。如果在不了解信道状态的条件下，贸然进行通信传输，就可能因为终端在信道场景当中的瞬时变化而导致通信受到干扰，同时当瞬时变化发生频繁，依旧会形成严重干扰，所以信道状态估測十分重要，而要成功进行估测可以采用CSI方法对信道进行定期更新，且重新分配信道资源，由此即兼顾了信道估测，也实现了信道修复功能。

2.3 自适应脉冲波形

自适应脉冲波形是超宽带通信传输技术与红外线结合下的产物，即UWB-IR系统，该系统可以借助红外线发出载信号光线，待光线接入接收端则实现了通信，同时红外线载信号光线是一种非正弦信号副本，很容易被数字化，因此在应用当中就突出表现。在原理上，非正弦信号副本的信号代表了时间函数，且具有叠加多个函数的作用，在一般情况下，任意完整的正交系统会采用傅里叶级数进行展开，同时与等价变换的傅立叶进行变换，这一条件下信号传输中的信号序列就可以使信号分割为速率，因此该脉冲信号波形产生超宽带通信传输技术自适应机制可以在正交函数。

3. OTN-UWB优势与实现方法

3.1 OTN-UWB优势

OTN-UWB（光传送网-超宽带技术）是一种典型的借助光纤来实现超宽带的技术应用形式，其区别于传统超宽带技术实现方法，具有多种优势，例如抗干扰能力强、通信范围较大、灵活度高，同时也可以实现上述关键技术当中的各项功能，因此该应用形式具有推广价值。OTN-UWB各项优势具体表现见下文。

3.1.1 抗干扰能力强

传统超宽带技术实现方法中存在抗干扰能力较弱的问题，但在OTN-UWB当中这一问题将得到改善。即OTN作为光传送技术，其光载波与传统信号存在根本上的差别，因此不会被以往干扰因素所影响，说明其抗干扰能力较强，同时因为两者的差别，光载波并不会对其他频段造成干扰。此外，光载波虽然不会被传统信号干扰因素影响，但其也存在影响因素，针对这一点可以采用防护措施来避免影响。

3.1.2 通信范围较大

在本身抗干扰能力较强，且不会对其他频段造成干扰的条件下，就没有必要再对超宽带技术的发送功率进行限制，随之可以进行大面积辐射，真正意义上的实现大范围通信。大范围通信的实现，代表超宽带通信的高度发展，能够应用于各种环境条件下。

3.1.3 灵活度高

在OTN技术条件下，超宽带光波长电层子波会出现较长的OTN调度，通过调度可以使大颗粒信号在整个通信范围内畅通无阻，代表任何信号在各个节点之间能够灵活调度，这在OTN技术的应用上起到了很重要的作用。此外，OTN调度还具有与SDH网络类似的管控功能，即其可以对通信网络性能进行监督，当通信网络出现故障可在短时间内对故障进行定位，且面对故障表现，还可以通过SNCP保护、光层恢复功能来避免故障影响，这一点与传统超宽带应用中的1+1保护模式相比，可以更全面的提供安全保障。

3.2 OTN-UWB实现方法

首先以子站、母站形式设计OTN硬件层，硬件层由若干OTN设备组成，其中选择一个信道容量最大、最稳定的作为母站，其余均为子站，子站相互之间存在有线通信连接（光纤光缆），与母站直接也存在光纤光缆连接关系，在运行过程当中，超宽带信号通信将先在子站内运作，后通过光纤光缆再传输回母站，由母站统一接收、处理。其次每个OTN设备都具备发出超宽带频段信号的能力，在各光纤光缆连接关系条件下就形成了有线OTN-UWB网络。最终为了便于管理，可以在OTN-UWB网络中设计网管层（网络管理层），即以OTN调度中的监管功能为基础，通过该项功能得到流程图，图中可以清晰展示OTN网元内部各种单板/子架间的光纤连接、告警信息和波长信息，此时OTN网元等用于白盒，可以明确显示网络中业务、资源配置以及波长走向。

结语：超宽带通信传输技术在早期运作当中存在多种问题，这些问题都严重制约了该项技术的应用，就这一点本文提出了其中主要问题，同时阐述与超宽带通信传输技术应用的基本功能。后在OTN技术基础上提出了OTN-UWB概念，分析了OTN-UWB在应用当中的优势，了解了此概念的实现方法，通过OTN-UWB可解决传统超宽带通信传输技术的问题，并增加其灵活性。

参考文献：

[1]张志宇.超宽带无线通信关键技术探讨[J].通讯世界，2016（12）：96-97.

[2]刁兴玲.100G迎来规模部署光网络SDN化前景可期[J].通信世界，2015（4）：39.

作者简介：张莹莹，（1975.4-）女，汉，福建，硕士研究生，职称： 中级工程师。