通信技術領域中對于超寬帶無線的應用

梁云杰

（應急管理部消防救援局，北京100054）

超寬帶無線技術利用脈沖信號來傳遞信息，其相對帶寬大于25%、中心頻率大于500MHZ，是一種無線載波通信技術，其在通信技術領域中的應用，相對于傳統無線通信技術具有很大的優勢。2019 年蘋果公司發布了帶有超寬帶（UWB）收發器的iphone11，使得超寬帶無線在社會各領域中重新得到了廣泛的關注。

1 超寬帶無線通信技術的應用優勢

1.1 實現短距離通信

資料表明，通信信號的強弱與無線通信空間距離的長短有著直接的關系，空間距離越長，信號傳輸的損耗越多，通信質量就會越差。一般超寬帶無線技術應用在空間距離小于12km 的范圍內，其信道容量能夠保持額定值不變，當空間距離超出12km 時，超寬帶無線的信道容量將大幅下降，且小于窄帶寬系統的信道容量。因此，超寬帶無線一般在短距離通信方面有著巨大的優勢，可在短距離通信范圍內，增強信息傳遞的可靠性。

1.2 傳輸速率高

超寬帶無線通信技術傳輸信號過程中，采用脈沖作為信號的載體，因此其傳輸時間相對較短，傳輸時所占帶寬一般控制在1～10GHZ。超寬帶無線通信技術使用的是千兆HZ 的頻帶，傳播速率可以達到Mbit/s 或幾百Mbit/s，可高于藍牙技術的100 倍，也普遍高于IEEE802.11a 和IEEE802.11b，即使發送信號功率譜的密度較低,也可以達到100～500Mb/s 的傳輸速率。

1.3 分辨率高

由于傳輸信號時采用的是持續時間較短的窄脈沖，因此其傳遞的信息具有較高的分辨率和多徑分辨率，能夠在工程領域中提高測距、定位、跟蹤的數據精度。同時此種信號傳輸的方式對介質的穿透率比較高，可以有效突破空間中的介質障礙，如墻壁、門窗等，其在通信技術領域得以廣泛的應用，可大幅提升人們的工作效率。

1.4 發射功率低

超寬帶無線通信在短距離空間內進行信號傳輸時，可在一定程度上增強信號傳輸的強度，同時還能夠將信號發射設備的工作頻率降至最低，一般通信設備的發射功率小于1mW 時，也能達到較高的通信效果。相關技術標準表明，超帶寬無線通信技術發射功率不可高于-41.3d Bm/MHz，其發射時產生的信號干擾相當于一寬帶的噪聲功率，這說明信號傳輸時的隱蔽性相對較好具有極高的保密性，不會被輕易截獲，在網絡信息傳播高度發達的今天，可有效保障用戶的信息安全。

1.5 抗干擾能力強

超寬帶無線在通信領域應用過程中，一般采用的是跳時擴頻信號，此種信號在發射時，能夠把無線電脈沖信號擴散到廣域頻帶上，使得輸出功率相對較小，接收端接收信號時，能夠將原信號的能量全部還原，同時還能在解擴時產生信號增益的效果。這說明超寬帶無線通信技術的抗干擾能力相對較強，能夠有效解決特定空間范圍內信號屏蔽設備對信息傳遞產生的干擾問題，可降低信號傳輸的損耗，從而有效提高信號傳輸的質量[1]。

1.6 支持多跳擴大網絡覆蓋范圍

在互聯網技術中，多跳網格是由多個節點構造而成的，在網絡覆蓋范圍內的的移動設備都可通過無線網絡連接在一起，所有無線設備節點均可以同時作為AP 和路由器，實現設備間的直接通信。當前人們對無線通信數據傳輸的速率要求越來越高，在此情況下網絡覆蓋范圍將大幅降低，超寬帶無線通信技術中的中繼器能夠有效構建起多跳網絡，達到擴大網絡覆蓋范圍的作用，從而使超寬帶無線通信技術同時具有傳輸速率高、覆蓋范圍廣的使用優勢。

2 超寬帶無線通信技術應用的途徑

2.1 個域網

當前現有的無線通信方式，如802.11b、藍牙等普遍存在著傳播速率慢的特點，不適合傳輸視頻或高精度圖片等數據信息，給人們的工作生活帶來了諸多不便，而超寬帶無線通信技術能夠實現在10m 距離內，以110 Mb/s 的數據傳輸率進行文件下載和視頻導入、導出的操作，可大幅提高人們的工作效率和娛樂體驗。超寬帶無線通信技術應用起來較為方便，通信系統搭建比較容易，其發射信號功率譜密度相對較低，應用時保密性較強，比較適合在密集多徑場所進行高速無線接入，在個域網（WPAN）或無線局域網（WLAN）的搭建中使用此技術能夠大幅提高用戶體驗感。

2.2 智能交通

利用超寬帶無線通信技術可以在市政交通體系內建立起一個完善的智能交通管理系統，此系統一般由站臺裝置和車載裝置共同組成一個無線通信網絡，兩種通信裝置可通過超寬帶無線技術實現各種管理功能[2]。2019 年5 月深圳市11 號線列車即在5G 超寬帶車地無線通信技術應用的前提下實現了智能運行。在5G 超寬帶車地無線通信技術的應用部署下，地鐵系統有效解決了地下空間中無線網絡帶寬不足、傳輸速率不穩、車載數據容量超負荷以及人工處理硬盤數據效率低的問題，其傳輸速率達1.5Gbps，在5G 技術不斷提升的發展趨勢下，未來超寬帶無線通信技術的傳輸速率將達到3Gbps，可在150 秒內實現50GB 的數據雙向傳輸，可進一步提升地鐵無線局域網運行的效率，提高列車運行的安全性。

2.3 應急救援現場

超寬帶無線通信技術能夠被廣泛應用于應急救援現場，如火災、地震、泥石流、洪澇等自然災害的應急救援活動就經常應用這一網絡技術，將現場救援情況以高清視頻的形式快速傳輸到救援指揮中心，以此來提高應急事件處理的效率、確保作戰人員與現場災民的安全性。在城市火災救援中，高樓建筑對網絡通信信號形成了較為嚴重的遮擋，普通無線通信技術無法在消防人員進行建筑物內部進攻時實現良好的通信，這對火災救援十分不利，而超寬帶無線通信技術可在1～2 公里范圍內對消防應急人員進行精準定位，其定位精度一般可控制在30cm 之內，能夠有效傳遞火災現場救援情況的同時，保障消防人員的生命安全，救出被困人員。地震、泥石流等自然災害多發于偏遠山區，其信號覆蓋范圍要求極大，使用超寬帶無線通信技術制造穿墻雷達，能夠在礦場開采勘測以及災害搜救過程中發揮其最大的價值，救援人員能夠借助其信號穿透力強的特點，感應到墻體對面的信號源，從而能夠明確建筑中被困人員的具體位置，有效提高人員搜救的效率。

2.4 無線傳感器

由于超寬帶無線通信技術具有應用低成本、低耗能且抗干擾能力強的特點，可將該技術應用于無線傳感器上，有效應用于建筑質量檢測、環境檢測以及地質災害的監測。雖然當前超寬帶無線通信芯片及其他技術應用產品還未在市場中廣泛流通，相關應用還未得到有效開發，但在5G 技術的推動下，無線傳感器網絡應用的市場空間將越來越廣闊。

2.5 軍事通信

在軍事通信領域中，軍隊的通信活動保密性要求極強，然而當前信息技術的發展仍存在許多局限，黑客攻擊事件頻頻發生，一旦在軍事演習或軍事戰爭中發生信息泄露，將會對軍隊和軍事局勢產生嚴重的后果。超寬帶無線通信技術的研發源于軍事通信領域，其保密性能是該技術應用于軍事通信領域的決定性因素。隨著超寬帶無線通信技術水平的不斷提高，在當前軍事活動中應用此技術，軍隊間的通信信號幾乎很難被敵方檢測到，因此當前其仍是軍事通信領域常用的通信技術之一。

隨著各國間國防力量的不斷加強，超寬帶無線通信技術還可應用于智能彈藥高精度傳感器和作戰人員的作訓裝備上，不僅可以大幅提升軍隊戰斗力，還可為指揮中心實時提供作戰人員的具體位置，從而提升作戰人員執行任務的安全性。另外在科技創新發展的背景下，應用于監獄外服人員的智能監控定位系統也是依靠超寬帶無線通信技術而實現的，為社會治安提供了安全保障[3]。

3 結論

綜上所述，世界工業進入4.0 時代背景下，人們的生產生活對無線通信技術的應用需求大幅提高，超寬帶無線技術是現代科學技術發展與社會時代潮流變革的產物，為人們的工作與生活帶來了極大的便利。當前通信技術領域深受容量與有限的頻譜資源分配等問題的干擾影響技術的創新發展，超寬帶無線技術為通信技術領域提供了一條有效解決發展瓶頸的途徑，在5G技術的推動下，超寬帶無線通信技術將得到更為廣泛的應用。