超宽带技术两大提案及其技术发展

本文着重介绍了作为无线个人局域网技术之一的超宽带技术的定义、标准化制定过程以及两种主要的物理层技术提案，并对其当前的应用和未来的发展做了相关论述。

关键词UWB DS-UWB MBOA MB-0FDM CSM

1、引言

随着计算机、通信与家电的融合在人们生活中的越来越普遍，设备之间迫切需要高速、互操作性强的无线通信，而超宽带(UWB，Ultra-Wideband)技术就是一种能实现无线局域网(WLAN)和个人局域网(WPAN)无线接口互联接入的技术，它的特点是低功耗、高带宽、高传输速率、低复杂性，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、安全性高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速入和军事通信等。上世纪五六十年代提出的超宽带技术，经过了几十年的发展，其商用价值已初见端倪。2002年2月美国联邦通信委员会(FCC)宣布了将UWB技术作为民用无线通信技术的法规，现在IEEE802.15.3a的标准化工作也正在讨论中，相信不久，UWB技术将使我们的生活带来不小的变化。

2、超带宽技术概述

2.1超宽带的定义

2002年2月14日，美国联邦通信委员会修订了第15标准(Part15rules)，它是管理包括UWB设备在内的使用非授权频段的无线设备的标准。在FCC的指导下，对UWB的使用提供了在短距离(不足10米的范围)、低发射功率(平均等方向性辐射能为-41.3dBm/MHz)，其有极高的容量(几个Gbps)的要求。FCC对UWB信号的定义是UWB带宽大于500MHz(UWB带宽指-10dB带宽)，或分数带宽(即带宽与中心频率的比)大于0.20。传统的通信系统一般分数带宽都小于0.01，WCDMA系统的分数带宽约为0.02，而在UWB系统中其分数带宽等于O.2或0.25。FCC还规定了UWB系统在非授权的频段3.1-10.6GHz内，以极低的功率工作。较低的带内带外发射功率限制确保了UWB设备不会对现存授权频段的设备及其他重要无线设备产生干扰。

从载波方面看，传统的通信技术是把信号从基带调制到载波上，而UWB技术是通过对具有很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。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，它开发了一个具有千兆赫兹容量和最高空间容量的新无线信道。香农理论认为，信道的容量随带宽线性增加，随信噪比(SNR)的降低呈对数减小。这种关系说明，无线通信系统的容量可随所占带宽的增加、SNR的降低而增加。这样，对于WPAN，在发射距离较近的情况下，信号的传播损耗较小，可以通过增加信号带宽来提高系统的容量。

2.2超宽带信号特点

(1)隐蔽性好。无线电波空间传播的公开性是无线电通信较之有线通信的固有不足。超宽带无线电的射频带宽可达几个GHz以上，且所需的发射功率一般在10uW，其功率谱密度很低，信号被隐蔽在环境噪声和其它信号中，难以被敌方检测。例如，TM-UWB系统在多个成对配置的接收机和发射机之间，采用一种独特的时序编码在整个超宽带内每秒发射数百万个低于噪声级的编码脉冲。这些传输采用极低的发射功率，以提供难以被探测和截听的安全传输，而且由于极短的波形持续时间，更易于实现多用户通信中的分组突发传输。

(2)处理增益高。超宽带无线电处理增益主要取决于脉冲的占空比和发送每一个比特所用脉冲数，可以做到比目前实际扩谱系统高得多的处理增益。

(3)多径分辨能力强。超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10-30dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到5dB。

3、超宽带的标准化工作

3.1超宽带技术的发展

二十世纪五十年代开始就使用UWB技术进行微波网络的瞬态响应的研究，1973年出现了第一个UWB通信专利，1986年第一个短脉冲UWB通信系统问世。1993年美国南加州大学通信科学研究所论证了采用短脉冲跳时调制多址技术进行通信的UWB理论，从此开始了现代UWB无线通信技术的研究与开发工作。1994年第一套公开的UWB通信系统出现。2002年FCC允许UWE民用通信系统投入使用。近几年，UWB技术有较快的发展。2003年，Motorola公司生产出以DS(DirestSpread)-UWB为技术的商用UWB收发设备，2004年8月获FCC批准。2004年4月，Intel也展示了其以MB-OFMD(Multi-ba