超寬帶無線通信技術及應用實踐

毛矛

摘要：隨著人們生活水平的提高，對無線通信的需求也越來越大，超寬帶無線通信技術是一種新興的技術，與傳統的無線通信技術相比，其運行能耗以及成本大大降低。本文主要分析討論了超寬帶無線通信技術的實踐應用。

關鍵詞：超寬帶；無線通信；實踐應用

中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0024-02

超寬帶無線通信技術，有效的解決了傳統無線通信技術在傳播上的遇到的難題，是目前備受矚目的短距離高速通信技術。寬帶技術又叫作脈沖無線發射技術，在3.1GHz到10.6GHz之間，占用10dB帶寬大于500Hz。在傳統的無線通信過程中，把信號按照不同的載波頻率調節到不同的頻帶，使載波頻率和載波功率在特定范圍發生改變，根據狀態變化實現信息傳輸。對于超寬帶技術來說，不需要載波的作用就可以通信，利用脈沖信號來傳遞信息，脈沖信號是一種產生和消失頻率很快、時間很短的信息，與傳統的無線通信技術相比具有很大的優勢。

1 超寬帶無線通信技術的特點

1.1 傳輸速率高

超寬帶無線通信系統使用的是上千兆赫茲的頻帶，發送信號功率譜的密度較低時，也可以達到100～500Mb/s傳輸速率。比如在使用7GHz帶寬時，當信噪比降至-10dB，其理論信道容量也可以實現1Gb/s，所以在實際傳輸過程中完全可以達到超過100Mb/s的速率。

1.2 通信距離短

由于超寬帶系統在遠距離傳輸過程中高頻信號的強度會迅速衰減，所以，超寬帶通信系統多用于短距離通信。理論分析證明，如果收發機之間的距離超過12米，超寬帶通信系統的信道容量就會比傳統寬帶系統小。

1.3 平均發射功率低

超寬帶系統在短距離信息傳輸過程中，由于犧牲了帶寬，發射機的發射功率可以降到1mW以下。美國聯邦通訊委員規定，超寬帶無線通信的發送功率譜密度不可以超過規定值-41.3 dBm/MHz，所以，與傳統通信系統相比，超寬帶通信系統產生的信號干擾與一寬帶噪聲相當。因此有兩個優點：（1）在相同頻段，超寬帶通信系統與窄帶通信系統可以形成很好的共存關系，提高了無線頻譜資源的使用率，有效緩解無線頻譜資源緊張的問題；（2）超寬帶通信系統具有良好的信號隱蔽性，減小被截獲的可能性，具有很高的保密性能。

1.4 多徑分辨率非常高

超寬帶通信系統采用的是窄脈沖方式，持續時間很短，在空間和時間上有很強的分辨力，所以多徑分辨率也很高，接收機的分集作用可以增強抗衰減能力，提高測距、定位以及跟蹤的精度。重要的是，窄脈沖的穿透力很強，可以透過各種障礙物，比如墻壁和和門窗，所以，超寬帶通信系統的應用范圍很廣。

1.5 適用于便攜型應用

超寬帶通信系統通過基帶完成信息的傳輸，省去了射頻調制和解調環節，使得設備的功耗較小，生產成本低，具有很高的靈活性，適合便攜型無線通信[1]。

2 超寬帶無線通信技術的應用

2.1 高速無線個人網

在高速無線個人網的配置上，每個房間可安裝5-10個活動設備，活動范圍是1-10m，信息數據傳輸速率為100到500Mb/s，依據當前的無線或有線標準，在點對點拓撲的基礎上，通過中繼與外界連接[2]。

2.2 無線以太網接口鏈路

可以把高速無線個人網的信息傳輸速率調整到更高的頻率，達到2.5Gb/s。無線以太網接口鏈路的要求：（1）計算機生產廠商要儲備以太網的替代品；（2）對于用戶來說，計算機與屏幕之間應具備高性能的無線視頻傳輸能力，實現無線數字視頻的傳送。

2.3 智能天線區域網

通常設置在設備密度高的地點，比如室內或者辦公室內，覆蓋范圍可達30米。智能天線區域網在室內或者辦公室等有高密度設備的地方，其覆蓋范圍為30m。智能天線區域網能耗和成本都比較低，可以在家庭用戶和辦公室智能分布。此外，智能天線區域網還能夠使定位和跟蹤更加精確。

2.4 室外點對點網絡

室外點對點網絡需要把超寬帶無線通信設備配置在室外，主要用于掌上電腦上的信息交流和文字、圖片、視頻的在線觀看和下載，根據不同的標準確定點對點網絡的結構，有集中式和分布式。

2.5 傳感器，定位與識別網

設備密度很高，每個區域設備數量甚至能夠達到幾百個，在工廠和倉庫等地點應用較多，傳送帶有定位信息的低速數據。傳感器，定位與識別網絡設備具有很大的使用范圍，例如主從拓撲，獨立設備可安置在距離主站100米處。在工業中應用傳感器、定位與識別網時，對高級鏈路的可靠性和適應性有很高的要求，能夠對動態變化的接口和傳播環境及時作出反應。

3 超寬帶無線通信技術的應用領域

3.1 通信領域

（1）智能數字家庭網絡。超寬帶技術可以與家用電器聯系在一起，比如電腦、掌上電腦、監控系統、電腦、電視等。（2）由于超寬帶技術可提供的速率范圍比較廣，很好的滿足了無線USB對速率的需求，有望成為無線USB傳輸的物理層標準。（3）可以應用于公路信息服務系統，使信息服務速率得到很大提高，提供交通信息、天氣信息路況導航等服務，在車輛防撞系統以及智能收費系統中也得到廣泛的應用。（4）在軍事上的應用，超寬帶無線通信系統對信息數據的傳輸具有強大的保密性能，大大降低了信息被截取和檢測的概率，因此被廣泛應用于軍事中，目前已經達到很高的發展水平[3]。

3.2 雷達監視領域

實際上，超寬帶無線通信技術在雷達領域已經有50多年的研究歷史了，是最早被應用的領域。所以，在當今社會，雷達領域中的超寬帶技術已經非常完善，在使用亞納秒級信號時，也能獲得高分辨率的空間距離信息，通過與寬頻譜的結合，使雷達對目標的識別能力更加精確，即使是復雜的目標也能夠得到細微的特征。此外，應用超寬帶技術的雷達系統可以發出穿透力極強的信號，可以透過地表、樹木以及云層探測到隱蔽的目標。實際應用系統有安全監視、穿墻雷達以及探地雷達等。

3.3 定位功能

在生產生活中的許多領域都會需要定位功能，無論是軍用還是民用都要保證定位信息的精準。在實際生活中主要用于導航定位、災害搜救、物品的尋找等方面。超寬帶無線通信技術可以使定位系統在任何地點都可以實現精準定位。比如被廣泛應用的車載導航，可以自動幫助司機規劃行車路線，對行駛目的地進行精準定位，避免司機找不到路或者繞路現象的發生。

4 結語

隨著社會的飛速發展，人們對無線通信技術有了更高的要求，無線通信行業要有創新意識，學習和借鑒先進的技術，改進和完善超寬帶無線通信技術，使之更好的為人們服務，促進無線通信行業整體的發展進步。隨著科學技術的不斷進步，超寬帶無線通信技術的應用前景一定會變得越來越廣泛。

參考文獻

[1]盧華.超寬帶技術在未來無線通信中的應用與實踐探索[J].中國新通信，2016，（10）：33-34.

[2]趙麗麗，王莉，蘇麗娜，鞠曉潔.淺談超寬帶無線通信技術的發展[J].數字技術與應用，2011，（03）：31.

[3]張新躍，沈樹群.UWB超寬帶無線通信技術及其發展前景[J].數據通信，2004，（02）：9-12.