武林俊，李燕文

超寬帶(UWB)技術(shù)為擁擠的無線電頻譜帶來了新的應(yīng)用理念，其創(chuàng)新的使用模式和用有線鏈接無法實現(xiàn)的產(chǎn)品特性正在吸引著全球的目光。這種短距離的傳輸技術(shù)具有耗電量低、安全性高、高速傳輸、不易產(chǎn)生干擾、低成本的芯片結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，更重要的是他可以幫助家庭和辦公室中的各種信息設(shè)備擺脫有線的束縛而實現(xiàn)互聯(lián)互通。目前，許多國家正在致力于超寬帶技術(shù)的研究開發(fā)，盡管還沒有成熟產(chǎn)品進入市場消費階段，但將推動超寬帶與大部分消費電子、移動設(shè)備和個人電腦的連接嵌入。UWB技術(shù)在1994年以前主要限于軍方使用，限制了UWB的軟件和硬件開發(fā)。由于UMB使用許多專用頻段，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)直到2001年才正式開放UWB技術(shù)的廣泛研究，此后全球?qū)WB的研究進入高速探討階段。

1 UWB頻譜效率

一種發(fā)射信號的相對帶寬大于0.2，或者傳輸時帶寬至少為500 MHz的設(shè)備才能算超寬帶。相對帶寬定義為2(fH-fL)／(fH+fL)，其中fH，fL分別為-10 dB時的上界頻率和下界頻率。在物理層，UWB通信擴展少量的等效全向輻射功率(EIRP)，根據(jù)FCC的定義，低于0.56 mW，與其中心頻率相比，穿過很寬的頻帶。這可以從其功率譜密度中計算出，在3.01～10.6 GHz，為75 nW／MHz。UWB的這個定義不僅有高的時間分辨率，也有比窄帶系統(tǒng)低的衰落邊際。

UWB是新一代的無線電通信技術(shù)，其中心頻率達到500 MHz。按照FCC的規(guī)定3.1～10.6 GHz之間的7.5 GHz的帶寬頻率都將作為通信設(shè)備所使用的頻率范圍。UWB之所以擁有如此大的帶寬，是因為UWB是與手機和無線LAN等現(xiàn)有無線通信完全不同的調(diào)制方式�，F(xiàn)有的無線通信使用不同的載波頻率把信號調(diào)制到不同的頻帶上，載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化，從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波，他使用“脈沖”信號進行信息傳輸。所謂脈沖信號，就是指產(chǎn)生和消失時間極其短暫的瞬間信號，其產(chǎn)生和消失時間僅為數(shù)百微秒至數(shù)納秒以下。如果將這種脈沖按傳統(tǒng)的傅里葉分析，則可以將其分解成多種頻率的正弦波(每一種正弦波的能量不同)。如果減小脈沖的寬度，那么頻帶寬度將增加。在使用脈沖傳送信號時，脈沖寬度越小，單位時間內(nèi)傳送的信號就越多。反過來說，帶寬越寬就能夠傳送更多的脈沖。不僅速度可以提高，而且還能有效地降低耗電量。由于加電時間極其短暫，因此平均耗電量很低。

脈沖頻率是一個能夠確定中心頻率帶傳輸能量的重要參數(shù)，同時脈沖的波形也可以確定在一段頻率范圍內(nèi)需要多少能量。在傳統(tǒng)的無線電技術(shù)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能夠通過若干次脈沖而被調(diào)制，其中包括振幅、相位等。單脈沖架構(gòu)也采用了相關(guān)較為簡單的無線電構(gòu)思方案，為了更好地管理一個頻寬，在此基礎(chǔ)上還稍增加了一些靈活性。為了更加隨意地控制這段頻寬，單脈沖技術(shù)還加入了如下功能：能夠隨時針對不同地區(qū)的需要進行自動調(diào)整，具備動態(tài)檢測干擾信號的技術(shù)，能夠終止使用產(chǎn)生沖突的頻率，能夠在指定區(qū)域下共享頻寬，自動為無需高帶寬的設(shè)備使用窄帶頻寬。

UWB設(shè)備可以分為很多類，如圖像系統(tǒng)，車載雷達系統(tǒng)，通信，測量系統(tǒng)等。他們都需要很高的頻譜效率，通過采用適當?shù)募夹g(shù)標準，UWB可以使用現(xiàn)有的無線設(shè)備使用的頻譜，而不會引起干擾，從而可以更好地利用頻譜。在WBAN／WPAN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間，應(yīng)用Ad Hoc的概念，如使用多跳路由，UWB設(shè)備可以降低發(fā)射功率和覆蓋范圍，這使得在同樣的區(qū)域內(nèi)，可以有大量的設(shè)備運行，極大地增加了頻譜利用率和容量。由于一個系統(tǒng)的最大傳輸范圍與速率成反比，要在任何時候，任何地點進行覆蓋，成本會隨著數(shù)據(jù)速率增加。因此，短距離無線系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域很小，基于UWB-RT的技術(shù)，將會是未來高空間容量網(wǎng)絡(luò)的一個選擇。

2 UWB的優(yōu)點

與其他無線通信技術(shù)相比，UWB技術(shù)的特點有：傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低。UWB通過改變脈沖的幅度、間距或者持續(xù)時間來傳遞信息。與窄帶收發(fā)信機和藍牙收發(fā)信機相比，UWB不需要產(chǎn)生正弦載波信號，可以直接發(fā)射沖激脈沖序列，因而具有很寬的頻譜和很低的平均功率，有利于與其他系統(tǒng)共存，提高頻譜利用率。

UWB不需要正弦波調(diào)制和上、下變頻，也不需要本地振蕩器、功放和混頻器等，因此體積小，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單。UWB信號的處理也比較簡單，只需使用很少的射頻或微波器件，射頻設(shè)計簡單，系統(tǒng)的頻率自適應(yīng)能力強�？梢詫⒚}沖發(fā)射機和接收機前端集成到一個芯片上，再加上時間基和控制器，就可以構(gòu)成一部UWB通