关于超宽带无线通信技术的特点及其应用

关于超宽带无线通信技术的特点及其应用
摘要：本文主要简述了UWB无线通信的性能特点及局限性、UWB无线通信技术的劣势，并分析了UWB无线通信技术的具体应用。

关键词：超宽带（UWB）；通信技术特点；应用
超宽带无线通信技术（UWB，Ultra-Wide Band）最为关键的技术在于冲击无线电技术，冲击无线电技术之所以成为超宽带无线通信技术的核心技术，是因为它可以以极高的速度传输数据信息，还可以防止其他信号的干扰，凡是在十米的范围以内的无线个人局域网，它都可以满足他们的需求。

一、UWB无线通信的性能特点及局限性
（一）UWB无线通信的性能特点
传统的通信技术是把信号从基带调制到载波上，而UWB技术是通过具有有限陡上升和下降时间的冲击脉冲对数据进行直接调制，从而具有GHz 量级的带宽，最大数据传输速率可达几百Mbps。

其主要特点有：
1、系统结构实现简单。

由于UWB 是通过发送纳米级脉冲来实现数据信号的传输，无需使用载波，所以UWB 发射器可以直接使用脉冲小型激励天线，避免了功用放大器与混频器的使用，降低了UWB 的发射器的成本。

而UWB 的接收机也不同与传统的接收机，无需中频处理，实现起来也比较简单。

接收过程中，脉冲信号通过天线匹配、滤波、放大后直接A/D 转换，交由数字信号处理器处理复杂的匹配滤波、分集接收、均衡、解交织、译码等基带处理。

通过一个基带信号处理芯片、射频信号处理芯片和UWB 天线完成整个UWB 信号收发。

2、信号占有频带宽、传输速率高。

由于目前FCC 开发的频段是
3.1GHz~10.6GHz，UWB 系统发射的功率谱密度低而平坦，极宽的频带加上室内多径影响的消除，使得传输速率可达到每秒几千兆比特。

3、强大的多径分辨能力。

常规无线通信的射频信号大多是连续信号或者持续时间远大于多径传播时间，这使得大量的多径分量交叠，造成多径衰落，降低了通信质量和数据传输速率。

超宽带无线通信发射是持续时间极短的单周期脉冲，经多径反射的延时信号与直达信号在时间上可以分离，抗多径衰落能力较强。

4、抗干扰能力强；UWB 系统占用更宽的信号带宽，具有更低的平均功率谱和很高的瞬时功率，在扩频处理增益和抗截获、探测概率两项重要性能指标上均远高于常规扩频通信系统。

5、功耗较低。

UWB 系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20ns-1.5ns 之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW-几十mW。

民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/20 左右；军用的UWB 电台耗电也很低。

因此，UWB 设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。

二、UWB无线通信的局限性
1、干扰的问题
（1）UWB对其它无线系统的干扰
在目前为止，UWB技术只在小范围内得到有限的应用，是一种以共享其他无线通信频带为前提的通信技术。

UWB收发无线电信号采用的是非常宽的带宽，但是直到目前为止，实际上总要有部分频带与现有无线系统使用的频带相重叠，目前UWB对窄带系统严重的干扰或者潜危险仍处于研究之中，例如安全、军事、
航空、天文等领域，并不存在如此宽的空闲频带，甚至UWB收发无线电信号会
对其它窄带无线通信，例如等造成干扰。

（2）UWB受其它无线系统的干扰
UWB接收机极易受到传统窄带通信机的干扰。

传统超外差式接收机的门限值
如果高于UWB信号的话，那么UWB接收机的门限值就会低于传统发射机发射的
窄带信号，因此在UWB接收机的频带内，不能满足其超宽带的天线、匹配滤波
器的精度等要求。

2、其它方面的局限性
检测接收脉冲需要精确的定时，但是UWB技术的脉冲持续时间短。

另外，由于传统的收发信机只要控制外噪声，但是对于UWB技术来说，只控制外噪声是
不可行的，因此来自UWB板载的微控制器产生的噪声就成了一个急待解决的问题。

从本质上讲，如果UWB的目标是得到高速数据速率或高信道容量，如果允许且不造成干扰，那么可以通过将发送信号的功率提高，或者将平均脉冲频率提高
到2GHz以上等方法来得到得到高速数据速率或高信道容量，这与我们常规使用
的无线通信系统一样，即UWB系统也需在灵活支持多速率、复杂度、发送峰值
功率、带宽效率和用BER表示的性能之间达成一个折衷。

三、UWB无线通信技术的劣势
（一）对其他无线通信系统造成一定程度的干扰
UWB技术虽然拥有非常宽的带宽，而且是共享通信频带，但是也存在一种可能，即UWB无线通信系统和现存传统通信系统所用频带有相互重叠的部分。

而
且在航空航天、军事应用和天文等领域的应用中不能提供符合要求的极宽的频带
区域。

研究表明，超宽带无线通信技术在接收和发射信号时会对包括全球定位系
统等在内的应用窄带的无线通信系统产生影响，干扰这些系统的信号。

（二）UWB无线通信系统的信号接收受其他系统影响
当传统无线通信系统的门限值比UWB无线通信系统门限值高的时候，传统无线通信系统的发射器发射的窄频信号就要比UWB无线通信系统的发射器发射的
门限值高。

这就导致了UWB无线通信系统的接收器的频带宽度与相对应的滤波
器和天线的频带宽度精确度要求不相符合，在这种情况下，传统无线通信系统会
对UWB技术的信号接收造成影响。

（三）其他的劣势
UWB无线通信技术由于是瞬时脉冲，脉冲具有瞬间性，不能进行精确的定时，给检测接受带来麻烦。

另外，UWB无线通信技术不能像其他的无线通信技术一样，仅控制外噪声干扰，它不仅要控制外噪声，还要对微型控制器所产生的噪声进行
一定的控制和处理。

如果想要在不产生干扰的前提条件下，拥有高信道容量，提高传送和接收数
据的速度，只能通过提高平均脉冲的频率等方式来实现。

从这一点来看，超宽带
无线通信技术和其他的无线通信技术没有区别，都是需要将带宽效率、发送峰值
功率以及性能等进行有机的结合，灵活的运用。

四、UWB无线通信技术的具体应用
UWB通信技术具有非常明显的技术优势，广泛的应用在各行各业的领域发展中。

如在军事系统方面的检测、雷达探析、地面穿透雷达等等方面。

特比是在雷
达探测信号方面，UWB无线通信技术利用本身的优势，通过无载波脉冲的方式，在穿透能力比其他无线通信技术具有高速率的快速穿透能力，在探测成像系统中
广泛的应用。

在医疗方面的成像系统、通信信息系统等等方面，大量地运用超宽带通讯技术。

在家庭无线网中，通过安装宽带网，实现各种多媒体技术之间的数据共享连接，从而在个人局域网中能够进行高速的接收信号。

在信号信息检测方面，通过数字成像系统，达到远程控制检查家庭周围的情况，实时检测环境的变化情况，增强居家环境的安全性。

总结
UWB技术作为一种新的无线通信技术，由于调制方式和多址技术的特点使得它具有其他无线通信技术所不具备的优势，如：很宽的带宽，高速的数据传输、功耗低、安全性高等。

超宽带无线通信系统还可与其他系统共存，因此UWB 可以应用于很多领域，特别在无线通信领域，UWB 是一个非常有前景的技术。

参考文献：
[1]超宽带无线通信技术的应用_周光义
[2]超宽带无线通信技术及其应用综述_钟子强
[3]浅谈超宽带无线通信技术的特点及其应用_李家全
[4]超宽带无线通信技术及其应用_黄林。