超宽带技术及其新的发展方向

一、引言

当设计未来的短距离无线通信系统时，我们要考虑通信的普遍特性和B3G中提到的"任何人，任何时间，任何地点"的连接性。这要求新的无线世界是现在和未来无线通信系统的综合，包括WANs，WSP?

column=news&key=LANtarget=_blankclass=qqx_gjz>LANs，WPANs以及AdHoc和家用局域网，可以连接各种不同的设备，包括计算机和各种娱乐设备。要实现这个目标，就需要新的无线技术。

UWB技术最初是在1960年作为军用雷达技术开发的，早期主要用于雷达技术领域；1972年UWB脉冲检测器申请了美国专利；1978年出现了最初的UWB通信系统；1984年UWB系统成功地进行了10公里的试验；1990年美国高级计划局（DARPA）开始对UWB技术进行验证。2002年2月，FCC批准了UWB技术用于民用。

UWB技术发展慢的原因主要有：在1994年以前主要限于军方使用，限制了第三方开发支持UWB的软件和硬件；由于UWB使用许多专用频段，FCC对UWB技术的批准进展缓慢；UWB带来的干扰问题也阻碍了UWB的发展步伐；而且，由于UWB技术可能取代现在使用的所有无线技术，包括PAN，WLAN（802.11a，802.11b，802.11g）和无线WAN（如GPRS，1XRTT），因此，许多公司会抵制该技术的商用。

二、UWB频谱效率

在短距离通信中，UWB-RT为现在的频谱管理和无线系统工程中的多数问题提供了答案。在UWB-RT中，新的方法是共享现有的频谱，而不是寻求新的频段。这个观点得到US管制局的批准。欧洲和亚洲也开始了这方面的工作，尤其是日本和新加坡。UWB-RT将对多媒体家用网络和娱乐市场产生很大的冲击力，它允许实施智能网络和设备，可以实现以用户为中心的无线通信世界。

FCC的最初报告和工业界对UWB设备的定义是：一种发射信号的相对带宽大于0.2，或者传输时带宽至少为500MHz的设备。相对带宽定义为2(fH-fL)/(fH+fL)，其中fH和fL分别为-10dB时的上界频率和下界频率。在物理层，UWB通信扩展少量的EIRP，根据FCC的定义，低于0.56mW与其中心频率相比，穿过很宽的频带。这可以从其功率谱密度中计算出，在3.01～10.6GHz，为75nW/MHz。UWB的这个定义不仅有高的时间分辨率，也有比窄带系统低的衰落边际。

UWB设备可以分为很多类，如图像系统，车载雷达系统，通信，测量系统等。它们都需要很高的频谱效率，通过采用适当的技术标准，UWB可以使用现有的无线设备使用的频谱，而不会引起干扰，从而可以更好地利用频谱。在WBAN/WPAN网络的节点之间，应用AdHoc的概念，如使用多跳路由，UWB设备可以降低发射功率和覆盖范围，这使得在同样的区域内，可以有大量的设备运行，极大地增加了频谱利用率和容量。由于一个系统的最大传输范围与速率成反比，要在任何时候，任何地点进行覆盖，成本会随着数据速率增加。因此，短距离无线系统覆盖的区域很小，基于UWB-RT的技术，将会是未来高空间容量网络的一个选择。

三、UWB的优点

与其他无线通信技术相比，UWB具有许多优点。表1将UWB技术与其他无线局域网技术进行了比较。UWB技术的特点有：传输速率高、系统容量大、抗多径能力强、功耗低、成本低。UWB通过改变脉冲的幅度、间距或者持续时间来传递信息。与窄带收发信机和蓝牙收发信机相比，UWB不需要产生正弦载波信号，可以直接发射冲激脉冲序列，因而具有很宽的频谱和很低的平均功率，有利于与其他系统共存，提高频谱利用率。

UWB不需要正弦波调制和上、下变频，也不需要本地振荡器、功放和混频器等，因此体积小，系统的结构比较简单。UWB信号的处理也比较简单，只需使用很少的射频或微波器件，射频设计简单，系统的频率自适应能力强。可以将脉冲发射机和接收机前端集成到一个芯片上，再加上时间基和控制器，就可以构成一部UWB通信设备。因此，它的成本可以大大降低。

由于UWB信号采用了跳时扩频，其射频带宽可以达到1GHz以上，它的发射功率谱密度很低，信号隐蔽在环境噪声和其他信号之中，用传统的接收机无法接收和识别，必须采用与发端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调，因此增加了系统的安全性。

UWB信号的衰落比较低，有很强的抗多径衰落的能力。UWB信号的高带宽带来了极大的系统容量，由于UWB无线电信号发射的冲激脉冲占空比极低，系统有很高的增益和很强的多径分辨力，所以系统容量比其他的无线技术都高。

由于UWB信号的扩频处理增益比较大，即使采用低增益的全向天线，也可使用小于1mW的发射功率实现几公里的通信。如此低的发射功率延长了系统电源的使用时间，非常适合移动通信设备的应用。有研究表明，使用超宽带的手机待机时间可以达6个月，而且低辐射功率可以避免过量的电磁波辐射对人体的伤害。