超宽带无线通信技术概述

调制，本质上是时域的概念。

　　2.3 天线

　　能够有效辐射时 域短脉冲的天线是UWB研究的另一个重要方面。作为UWB天线，应该保证能够达到这样的要求：

　　(1)天线的输入阻抗具有超宽带特性，即要求天线的输入阻抗在脉冲能量分布的主要频带上保持一致，以保证信号能量能够有效地辐射出去和不引起脉冲特性的改变或下降。

　　(2)天线的相位中心具有超宽频带不变特性，即要求天线的相位中心在脉冲能量分布的主要频带上保持一致。

　　对于时域短脉冲辐射技术，国内外早期均采用双锥天线及其演变的V-锥天线和扇形偶极子天线。因这几种天线均存在着馈电难，辐射效率低，收发耦合强和无法测量时域目标特性等缺陷，只能用于单收发。随着微波集成电路的发展，利用集成电路方式进行馈电，所研制出的超宽带平面槽天线，能够产生对称波束和利用平衡超宽带馈电，因而具有超宽带的特性。又由于利用光刻技术所做的天线对较高频率没有限制，因而可以将毫米亚毫米波段应用于集成接收机。

　　2.4 收发机

　　与传统的无线收发信机的结构相比，UWB收发信机的结构相对简单，但可以得到相同的性能。例如传统的无线收发信机大多采用超外差式结构，而UWB收发信机采用零差结构就可得到相同的性能，实现起来也十分简单， 无需本振、功放、压控振荡器(VCO)、锁相环(PLL)、混频器等环节，如图4所示。

　　这里UWB系统的一大优点是，使用了现代数字无线技术常用数字信号处理芯片(DSP)(软件无线电)来产生不同的调制方式，因此可以逐步降低信息速率，在更大的范围内连接用户。在接收端，天线收集的信号能量经过放大后，通过匹配滤波或相关的接收机进行处理，再经高增益门限电路恢复原来的信息。当距离增加时，可以由发端用几个脉冲发送同一信息比特的方式，增加接收机的信噪比，同时可以通过软件的控制，动态地调整数据速率、功耗与距离的关系，使UWB有极大的灵活性，这种灵活性正是功率受限未来移动计算所必须的。

　　3 UWB无线通信的性能特点及局限性

　　3.1 UWB无线通信的主要优点

　　通过以上分析，可以概括出UWB无线通信的主要优点有以下方面：

　　(1)从工程的角度看，UWB远比其它无线技术简单，UWB可以集成在一块相对低廉的芯片中，与蜂窝电话和民用波段设备的发射功率相比，UWB仅需要毫瓦级的发送功率，是现有无线系统的1/10～1/100。因此使用UWB产品的制造成本和售价比现有的无线系统要低得多。

　　(2)一般来说在UWB无线系统中多径不是主要的问题，其GHz级的带宽对应ns级的解析度，使多径信号能在时间上进行分离，再加上采用RAKE接收机结合时间分集，可以充分地利用发射信号的能量，因此多径效应对现有窄带系统性能的限制，在某种程度上对UWB有所减轻。

　　(3)可以有很高的数据传输速率。UWB可以在5 m～10 m的范围内提供100 Mbit/s的数据速率，即使是"802.11"无网络技术(54 Mbit/s)和低能耗的蓝牙技术(70 Mbit/s)也远不能与UWB相比。同时UWB的空间容量也远大于传统的无线技术。

　　(4)UWB是一种安全的通信方式，这是因为理想的冲激脉冲在频域上可以将信号能量从直流(DC)扩展到接近光波的频域，但在实际中并不能产生一个宽度为0的脉冲，而对于UWB来说，一个极窄的脉冲信号能量就能在频域上跨越相当大的范围。发射信号在这样大的频段范围内平均发布，被淹没在环境噪声之中，是很难被检测到的。

　　(4)UWB有较高的穿透力，其ns级的高速脉冲可以穿透墙壁和其它物体，可以起到与雷达相同的作用。因此，UWB除应用于通信领域外，还兼有定位、车辆防撞、测距、透视等功能，且这些功能均可集于一体。

　　3.2 UWB无线通信的局限性

　　(1)影响UWB使用的一个非常实际的问题就是干扰的问题。这里有两个方面：

　　a. UWB对其它无线系统的干扰。直到目前为止，UWB用非常宽的带宽来收发无线电信号，而实际上并不存在如此宽的空闲频带，总要有部分频带与现有无线系统，如航空、军事、安全、天文等领域的无线系统使用的频带相重叠，甚至会对GPS等其它窄带无线通信形成干扰。因此，在目前UWB只能得到有限的应用，可以说UWB是一种以共享其他无线通信频带为前提的通信技术，其对窄带系统潜在或严重的干扰仍在研究之中。

　　b.UWB受其它无线系统的干扰。如果UWB信号低于传统超外差式接收机的门限值成立的话，那么传统发射机发射的窄带信号也会大于UWB接收机的门限值，因此在UWB接收机的频带内，就极易受到传统窄带通信机的干扰，其匹配滤波器的精度、超宽带的天线等也都不易得到满足。

　　(2)其它方面的局限性。

a. 由于脉冲持续时间短，要作为相关检测接收脉冲就需要精确的定时。另外，来自板载的微控制器产生的