通信技術領域對超寬帶無線的應用

吳永堅

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

超寬帶無線與傳統的窄帶和寬帶有一定的區別，頻帶更寬，中心頻率大于500 MHz。從時域上講，超寬帶系統大大縮短了信息數據的傳送時間，可以直接實現對信息的調制。超寬帶無線在通信技術領域中的應用，可進一步提高我國的通信技術水平，整合傳輸信息進一步提高信息數據的準確性。因此，下面將深入分析超寬帶無線的優勢和特點。

1 超寬帶無線的發展

隨著信息技術的不斷發展，人們對通信技術提出了更高的要求。超寬帶無線在通信技術領域的應用，在滿足社會發展的同時，完善了脈沖、基帶、時域以及信號等內容。20世紀60年代已經出現了有關超寬帶無線發射機和接收機的設計技術，但由于一些客觀因素的影響，沒有在實際通信過程中得到有效應用。隨著信息技術的不斷發展，相關研究人員對超寬帶無線進行了深入研究。到20世紀90年代，設備制造技術的進步，使得超寬帶無線系統不斷完善，超寬帶無線的基本構成和具體細節得到了發展[1]。

在國外，因為超寬帶無線具有信息傳輸快等優點，所以在軍事雷達和災害救援搜索等領域得到了一定應用。超寬帶無線具有獨特性，在微電子技術水平不斷提高的背景下，在通信技術領域得到了一定應用，提高其技術水平，同時大大降低了費用。超寬帶無線是一種低功耗且相對簡單的無線通信技術，對信道衰落不敏感，可以有效收集和整合周圍的數據信息。

超寬帶無線發展背景下，寬頻在短波中得到了一定應用。短波是通信和寬帶高頻雷達的關鍵內容之一。寬頻在短波中的應用，提高了信息數據傳輸速度，同時進一步擴大了空間。短波中由于導線較多和結構設計復雜，其占地面積較大，不適合安裝在空間受限的場合。寬頻在短波中的應用，所需寬帶天線較少，甚至不需要天線就可以實現信息數據的傳輸。

2 超寬帶無線系統

超寬帶無線的優點較多，在實際運行過程中受外界影響較小。所謂超寬帶帶寬，主要是按美國聯邦通信委員會定義的，比中心頻率高。比如，對于一個中心頻率在4 GHz的信號，需跨越到一個更高的范圍才能是超寬帶無線信號。系統發送設計如圖1所示。

技術人員要想加強對超寬帶無線的合理應用，不僅要分析超寬帶無線在通信技術領域的應用措施，還要分析其內容，完善其模式，加強對超寬帶無線的合理應用，為超寬帶無線的穩定運行提供保障。

圖1 系統發送設計

3 產生超寬帶無線脈沖信號的過程

在超寬帶無線應用過程中，產生極短脈沖寬度的信號源是超寬帶無線技術在工作過程中有效應用的前提條件。所以，技術人員要分析無載波窄脈沖信號，不斷激勵信號的波形，加強對單個短脈沖的控制，分析其產生過程[2]。

3.1 光電方法

這種方法的基本原理主要是利用光導開關，導通上升沿獲得脈沖信號。它屬于激發源的激光脈沖信號，得到的脈沖寬度能達到所規定的量級。研究發現，由于光導開關主要采用集成方法制成，所以在實際應用過程中獲得了很好的一致性，是超寬帶無線工作過程中的常用方法。

3.2 電子方法

在超寬帶無線中，這種方法的原理是對半導體PN結反向加電，使其達到雪崩狀態產生脈沖信號，是目前應用得最廣泛的方式。但是，它主要采用電脈沖信號作為觸發，前沿較寬，在實際觸發過程中精度會受到影響和限制。在要求控制脈沖精度的過程中，如果使用這種方式將達不到要求控制的精度。

受晶體管耐壓特性的限制，使用這種方式只能產生幾十伏到上百伏的脈沖。雖然脈沖寬度能達到1 ns以下，但難以控制其精度。

在研究超寬帶無線的過程中，脈沖位置調制和脈沖幅度調制是超寬帶無線電的主要調制方式。用每個脈沖出現的位置調節特定信息，整合調制信號時要保證技術的正確接收，也就是用交叉器檢測和處理調制信息，如果不進行處理就不能達到正確接收的目的，從而影響超寬帶無線在通信技術領域的應用。

在超寬帶無線系統的穩定運行中，主要采用跳時脈沖位置調制設計長脈沖序列，在時間上對下一塊信息進行隨機分布，能在頻域內得到更加準確的信號，在保證信息數據穩定性的基礎上，使超寬帶無線在頻域中迅速傳播。

4 超寬帶無線的內容

4.1 天 線

為充分發揮超寬帶無線在通信領域中的作用，研究和分析了輻射時域短脈沖天線。超寬帶無線中的天線作為信號信息傳播的主要途徑，在保證達到相關要求的同時，還要對其進行分析。天線的輸入阻抗具有超寬帶特性，所以能在迅速傳播信息的同時，保證相關信息和超寬帶無線中的脈搏沖量一致，有效輻射信號能量，從而為數據信息在超寬帶無線中的穩定傳播提供基礎。

研究天線發現，其相位中心具有超寬頻帶不變特性，即要求天線的相位中心在主要頻帶上保持一致。因此，研究短脈沖輻射技術時，技術人員可以借鑒國外早期采用的扇形偶極子天線技術。

在科學技術不斷發展的背景下，相關的技術人員利用集成電路方式進行饋電，結合實際情況研究了超寬帶平面槽天線。它具有超寬帶特性，對較高頻率沒有限制，可以高速傳輸數據信息。

4.2 收發信機

傳統無線收發信機的結構比較復雜，所以數據信息的傳輸速度較慢。傳統的無線收發信機一般采用超外差式結構，超寬帶無線收發信機主要采用零差結構，能在較高的傳輸速度下進行十分簡單的操作，減少了能量損失，降低了經濟成本[3]。

5 超寬帶無線技術在通信領域應用的特點

5.1 傳輸速率高，空間容量大

研究人員分析信道容量公式發現，在加性高斯白噪聲信道中超寬帶無線系統的傳輸速率沒有誤差，信號帶寬B高達500 MHz～7.5 GHz，說明超寬帶無線具有非常高的傳輸率和空間容量。因此，即便信噪比很低，超寬帶無線系統的傳輸速率在短距離上仍可達到幾百兆。實際的信息數據傳輸過程中，使用7 GHz的帶寬，信噪比即便低到10 dB，其理論信道容量也會到達1 Gb/s，因此超寬帶無線在通信技術領域中提高傳輸速度的同時，大大提高了空間容量。

5.2 完成了短距離通信

研究超寬帶無線的過程中發現，超寬帶無線系統的可輻射功率存在一定的限制，在3.1～10.6 GHz頻段的總輻射功率只有0.5～5 mW，遠遠低于傳統窄帶系統。同時，在傳輸距離不斷增加的過程中，它的信號功率會不斷衰減。為有效提高信息接收的效果，縮短傳輸距離，相關技術人員和研究人員根據香農公式，利用信道容量表示距離。

超寬帶信號具有極其豐富的頻率成分，技術人員可根據這個特點對超寬帶無線技術進行創新。但是，隨著傳輸距離的增加，超寬帶無線的高頻信號會減弱，導致超寬帶無線中的信號產生失真，從而影響通信系統的穩定性。相關研究表明，當收發信機間距離小于10 m時，超寬帶無線系統的信道容量高于WLAN系統，因此超寬帶無線適合應用于短距離通信。

5.3 良好的共存性和保密性

因為超寬帶無線的輻射譜密度較低，所以它具有很好的共存性和保密性。在通信技術領域中應用超寬帶無線，可實現對無線頻譜資源的有效利用。極低的輻射譜密度使數據信號在實際傳輸過程中很隱蔽，難以被截獲，一定程度上提高了通信信息的保密性[4]。

5.4 分辨能力強，定位精度

超寬帶無線采用持續時間極短的窄脈沖，所以它的時間和空間分辨能力很強，信號的分辨率也極高。這種極高的多徑分辨能力，可讓超寬帶無線中的信號變得更加精確，保證測距和定位能力具有高效性。因此，通信系統要想提高信息傳輸的精確性，就要辯證地分析超寬帶無線信號的多徑分辨能力。

因為無線信道的時間及頻率選擇都是影響超寬帶無線在通信領域應用的重要因素，所以在窄帶系統中要加強對時間和頻率的控制。不可分辨的多徑導致衰落，因此在信息技術不斷發展的背景下，為完善通信系統，技術人員一定要認識到超寬帶無線在通信技術領域中的重要性。

5.5 體積小和功耗低

超寬帶無線作為一種新型的信息通信技術，具有體積小和功耗低的優點。超寬帶無線的數據可在不需要正弦載波的基礎上被調制在窄脈沖上并進行傳輸，然后接收機利用相關器直接檢測信號。超寬帶無線在通信技術領域中的應用，可大大降低系統的復雜度，從而不斷減小體積和功耗，為通信系統的穩定運行奠定基礎[5]。

6 超寬帶無線的發展現狀

隨著新時代的到來，信息技術不斷發展。超寬帶無線作為一種無載波通信技術，起源于20世紀60年代。無線通信技術飛速發展的背景下，人們對無線通信提出了更高的要求。超寬帶無線在提高大數據傳輸速率的同時，改善了設備的發射功率。但是，超寬帶無線系統的整體架構存在一定的問題，所以技術人員需進一步研究超寬帶無線。

在信息技術不斷發展的今天，為加強超寬帶無線在通信領域的合理應用，技術人員還要創新和研究超寬帶無線的傳輸速率和高頻段方式等，整合每個超過1 GHz頻帶內極短時間脈沖中的數據信息，分析超寬帶無線的特點，保證其系統的穩定性。

7 應用前景

7.1 電子設備中的應用

超寬帶無線除了在通信技術領域得到一定的應用外，在移動電子中也得到了一定的應用，可為PC用戶提供無線USB、為PC和打印機等設備提供無線連接以及實現信息的快速傳遞。PC主要采用超寬帶無線作為短距離線纜的替代方案，信號傳輸效率較快，還可將所有的影像捕捉設備和個人電腦互聯，為用戶提供更加優質的影像。此外，可將其直接連接到顯示設備和P2P設備，使移動電話變成個人服務器，為人們的生活提供便利。

7.2 家庭消費電子類產品

研究人員發現，超寬帶無線在家庭消費電子產品中的應用會消除家庭娛樂設備間的電纜，提高人們的生活質量。超寬帶無線具有空間容量大和功耗低等優點，所以在各個領域得到了應用。技術人員為搶占龐大的超寬帶無線，加強了其在通信技術領域中的應用，對其進行了進一步的研究和完善，并結合實際情況開發了無線USB規范[6]。

為加強對超寬帶無線的合理應用，保證信息數據的準確性，使家電等相關產品能滿足消費人員的要求，提高超寬帶無線在實際發展過程中的影響力，需深入研究超寬帶無線的特點，結合通信系統在實際運行過程中的問題，引入先進技術不斷完善超寬帶無線系統，提高其技術性能，在保證數據信息穩定的基礎上實現信息的快速傳遞。

超寬帶無線不管是在通信技術領域還是在其他領域，都有著廣闊的應用前景。因此，為進一步促進我國信息技術和通信技術的穩定發展，技術人員深入研究超寬帶無線的特點[7]。

8 結 論

綜上所述，在信息技術不斷發展的今天，通信技術成為人們生活和生產過程中不可缺少的部分。通信技術的好壞對人們的生活質量具有直接影響。為進一步提高信息傳輸的速度，需分析超寬帶無線的特點，完善通信系統，提高數據信息的準確性，擴大空間容量，為我國信息技術在社會中的穩定發展夯實基礎。