超寬帶無線通信技術(shù)及其發(fā)展

朱青彬

（中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司 河北分公司，河北 石家莊 050081）

0 引 言

超寬帶（Ultra-Wideband，UWB）技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)，通過對具有很陡上升時(shí)間和下降時(shí)間的沖擊脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號具有較高量級的寬帶[1]。超寬帶技術(shù)具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、系統(tǒng)復(fù)雜度低以及能提供厘米級的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。脈沖信號是一種離散信號，形狀多種多樣，與普通模擬信號（如正弦波）相比波形在Y軸不連續(xù)（波形與波形之間有明顯的間隔）但具有一定的周期性[2-4]。最常見的脈沖波是矩形波，也就是方波。脈沖信號可以用來表示信息，也可以用來作為載波進(jìn)行調(diào)制，例如脈沖調(diào)制中的脈沖編碼調(diào)制（Pulse-Code Modulation，PCM）、脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）等。此外，脈沖信號還可以作為各種數(shù)字電路、高性能芯片的時(shí)鐘信號。最早的超寬帶技術(shù)以脈沖系統(tǒng)為主要運(yùn)作方式，在軍事領(lǐng)域的運(yùn)用非常廣泛。在這之后，隨著科技及經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在科學(xué)技術(shù)的支持下，超寬帶無線通信技術(shù)具備了較高的通信帶寬，同時(shí)擁有了更加出色的信道容量，通信水平得到了進(jìn)一步的提升[5]。

1 超寬帶無線通信技術(shù)的主要特征分析

1.1 發(fā)射功率相對較低

通過對短距離通信情況的具體分析來看，超寬帶發(fā)射設(shè)備的發(fā)射功率能夠控制在1 mW以下，同時(shí)還可以大大降低其發(fā)射過程中所造成的噪聲污染。結(jié)合實(shí)際來看，該技術(shù)在發(fā)射環(huán)節(jié)中所造成的信號干擾相當(dāng)小，對于達(dá)到超寬帶和現(xiàn)存窄帶通信的共存狀態(tài)是非常有利的。除此之外，超寬帶無線通信技術(shù)還可以有效緩解無線頻譜資源緊缺的壓力[6]。

1.2 帶寬和頻譜利用率相對較高

結(jié)合超寬帶無線通信技術(shù)來看，該技術(shù)具備較大的帶寬條件，在數(shù)據(jù)及信息傳輸方面具備較高優(yōu)勢，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳送操作。與此同時(shí)，從超寬帶技術(shù)的共存性特征來看，對于實(shí)現(xiàn)頻譜共用提供了必要的技術(shù)支持。除此之外，超寬帶無線通信技術(shù)能夠直接發(fā)射沖激序列，使頻譜的系統(tǒng)容量得到了一定優(yōu)化[7]。

1.3 共存性與抗干擾性較強(qiáng)

超寬帶無線通信技術(shù)的共存性特點(diǎn)主要體現(xiàn)在超寬帶能夠與其他通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)頻譜共享，這也是超寬帶無線通信技術(shù)誕生后被廣泛運(yùn)用于社會(huì)各領(lǐng)域的一大技術(shù)優(yōu)勢。不僅如此，超寬帶無線通信技術(shù)還具備了優(yōu)秀的抗干擾特性，可以在應(yīng)用時(shí)消除其他通信信號的干擾，使操作人員可以更好地控制發(fā)射設(shè)備的發(fā)射功率，從而確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

1.4 傳播速度快

超寬帶無線通信技術(shù)使用的是達(dá)到上千兆赫茲的超級寬頻帶，傳播速度驚人。結(jié)合實(shí)際情況來看，其傳播速度可以達(dá)到幾百兆比特每秒。在發(fā)送信號密度極低的情況下，該技術(shù)依然能夠保持優(yōu)秀的傳播速度。超寬帶無線發(fā)射信號主要分布在相對較寬的頻帶中，在輸出功率較低的情況下，其接收端依舊可以快速準(zhǔn)確地還原信號[8]。

2 超寬帶無線通信技術(shù)類型分析

2.1 無載波脈沖技術(shù)

對無載波脈沖技術(shù)而言，在具體操作時(shí)操作人員必須要對脈沖的產(chǎn)生方式有一個(gè)全面合理的了解，以便更好地調(diào)控脈沖頻率。調(diào)整相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)，同時(shí)還應(yīng)對窄脈沖的具體情況進(jìn)行全面分析，從而更好地制定傳輸方案，以此來確保其通信傳輸效果能夠達(dá)到預(yù)期。針對單個(gè)窄脈沖信號而言，其信號波形帶有顯著的陡峭性特征，并且其激勵(lì)信號的直流波段和微波波段之間的頻譜相對較寬，可以達(dá)到更好的傳輸效果。結(jié)合實(shí)踐情況來看，操作人員可以依據(jù)通信的不同需求來選擇不同的波形，從而實(shí)現(xiàn)更好的通信效果[9]。

2.2 單載波DS-CDMA技術(shù)

在單載波DS-CDMA的作用下，無線通信信號能夠達(dá)到擴(kuò)頻的效果，同時(shí)通過對擴(kuò)頻后的信號實(shí)施載波調(diào)制，使其最終滿足頻帶的傳輸要求。超寬帶無線通信頻譜一般在3.1～10.6 GHz，在實(shí)際應(yīng)用中還需要借助并結(jié)合單載波DS-CDMA技術(shù)的頻譜，從而更好地提升超寬帶無信通信的穩(wěn)定性和時(shí)效性。

2.3 MB-ORDM技術(shù)

該技術(shù)在超寬帶無線通信系統(tǒng)中占據(jù)著非常重要的地位，通過對MB-OFDM技術(shù)的合理運(yùn)用，能夠?qū)o線通信頻段轉(zhuǎn)換為不同的子頻段，從而有效減輕通信頻帶的負(fù)載壓力，確保通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性。需要注意的是，在實(shí)際操作中，為了滿足超寬帶技術(shù)的通信要求，應(yīng)確保各個(gè)子頻段的頻率不得低于500 MHz。在子頻段中，每個(gè)頻段的信號可以和若干子載波信號進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)而形成正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）信號。MB-OFDM技術(shù)具備優(yōu)秀的靈活性特點(diǎn)，一旦超寬帶無線通信技術(shù)和其他系統(tǒng)及設(shè)備出現(xiàn)干擾情況時(shí)，則可以通過脈沖信號對頻帶的輸出功率進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，從而確保通信的時(shí)效性[10]。

3 超寬帶無線通信技術(shù)的具體應(yīng)用分析

3.1 在交通領(lǐng)域的具體應(yīng)用

在智能交通雷達(dá)系統(tǒng)中，超寬帶無線通信技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用。通過超寬帶無線通信技術(shù)的有效應(yīng)用，可以更好地實(shí)現(xiàn)智能汽車的智能駕駛。在裝置了該雷達(dá)系統(tǒng)的智能汽車啟動(dòng)時(shí)，司機(jī)可以獲取到與行駛相關(guān)的重要信息，還可以更好地躲避障礙物。除此之外，在行駛過程中通過超寬帶無線通信技術(shù)的應(yīng)用還能幫助司機(jī)及時(shí)獲取車輛信息與道路擁堵信息，同時(shí)更好地規(guī)劃行駛路線，緩解交通壓力。

3.2 在日常生活及辦公領(lǐng)域的具體應(yīng)用

科技的發(fā)展為人們的生活和工作提供了便利，超寬帶無線通信技術(shù)的運(yùn)用能夠更好地完成數(shù)據(jù)信息的傳輸工作，使人們能夠在辦公和日常生活中節(jié)省更多的時(shí)間和精力。除此之外，超寬帶無線通信技術(shù)的相關(guān)設(shè)備具有體積小和操作便捷等優(yōu)勢，能夠更好地提升相關(guān)電子設(shè)備的使用率，使人們的辦公效率得到進(jìn)一步的提高。

3.3 在軍事領(lǐng)域的具體應(yīng)用

超寬帶無線通信技術(shù)有著優(yōu)秀的隱蔽性特點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用。舉例來說，在新型的雷達(dá)系統(tǒng)和無人駕駛技術(shù)中，超寬帶無線通信技術(shù)能夠幫助軍方快速準(zhǔn)確地找出隱身戰(zhàn)斗機(jī)的蹤跡，并且通過在定位系統(tǒng)中的運(yùn)用還可以對高速運(yùn)動(dòng)的物體實(shí)施精準(zhǔn)鎖定，從而快速確定其具體方位。

3.4 在成像系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

超寬帶無線通信技術(shù)在成像系統(tǒng)中也得到了良好的應(yīng)用，在該技術(shù)的支持下可以設(shè)計(jì)穿墻雷達(dá)、穿地雷達(dá)等。在防爆行動(dòng)中，利用穿墻雷達(dá)能夠快速準(zhǔn)確地確定目標(biāo)位置，從而更好地鎖定建筑物內(nèi)部犯罪分子的所在地，為警方快速精準(zhǔn)抓捕罪犯提供了重要的保障。穿地雷達(dá)則被廣泛運(yùn)用于礦產(chǎn)檢測方面，使勘測人員更好地了解到地質(zhì)情況，從而更好地展開勘探工作。在遭遇地震等自然災(zāi)害時(shí)，通過超寬帶無線通信技術(shù)的應(yīng)用還可以幫助搜救人員更好地展開搜救工作，快速找出幸存者的實(shí)際位置，及時(shí)進(jìn)行救助。

3.5 在數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，相較于傳統(tǒng)電視系統(tǒng)而言，數(shù)字電視系統(tǒng)具備了更多優(yōu)越的性能。傳統(tǒng)電視系統(tǒng)主要通過模擬信號進(jìn)行傳輸，在時(shí)效性和穩(wěn)定性方面都稍顯不足。而數(shù)字電視系統(tǒng)則在超寬帶無線通信技術(shù)的幫助下令畫質(zhì)更加清晰，使電視信號的傳輸更加穩(wěn)定，為人們提供了更好的視覺體驗(yàn)。

4 結(jié) 論

綜上所述，目前超寬帶無線通信技術(shù)有了一定的發(fā)展，但其中仍然存在著部分缺陷與不足，需要相關(guān)的技術(shù)人才付出更多的努力進(jìn)行改進(jìn)和完善。隨著我國科技水平的不斷提高，在不遠(yuǎn)的未來超寬帶無線技術(shù)將實(shí)現(xiàn)更進(jìn)一步的發(fā)展，同時(shí)更好地推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展。