摘要：介紹了超寬帶（uwb）無線通信技術(shù)的基本概念和主要的實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了剖析，并簡要說明了超寬帶兩種候選標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)。

    關(guān)鍵詞：超寬帶 無線通信 同步

    隨著各種無線通信系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，可利用的頻譜資源日趨飽和，使超寬帶技術(shù)引起了人們的廣泛重視。2002年2月fcc對(duì)超寬帶使用發(fā)布無許可證使用后，超寬帶技術(shù)迅速成為國際無線通信領(lǐng)域研究開發(fā)的一個(gè)熱點(diǎn)，并被視為下一代無線通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。

    所謂超寬帶，根據(jù)fcc的定義，是指信號(hào)的-10db相對(duì)帶寬大于0.2，或絕對(duì)帶寬不小于500mhz。其中相對(duì)帶寬是指

    ffoc=2(fh-fl)/(fh+fl) (1)

    這里fh、fl分別對(duì)應(yīng)上限和下限頻率。為了不影響頻譜范圍內(nèi)的其它通信系統(tǒng)，超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射功率受到了嚴(yán)格的限制。在室內(nèi)通信的3.1ghz～10.6ghz頻段內(nèi)，信號(hào)功率嚴(yán)格規(guī)定要低于0.56mw，對(duì)應(yīng)41.3dbm/mhz，如圖1。

    uwb無線通信的歷史可以追溯到1942年rosa提交的隨機(jī)脈沖系統(tǒng)的專利，從其出現(xiàn)到二十世紀(jì)90年代之前，uwb技術(shù)主要采用其最初的脈沖形式。早期的uwb系統(tǒng)利用頻帶極寬的超短脈沖進(jìn)行通信，通常又稱為基帶、無載波或脈沖系統(tǒng)。近年來，開始用于民用高速無線通信領(lǐng)域，并有了較大的發(fā)展和變化，產(chǎn)生了載波調(diào)制的直接序列碼分多址和多載波正交頻分復(fù)用等多種實(shí)現(xiàn)方式。

    窄帶與寬帶系統(tǒng)相比，超寬帶的特點(diǎn)是：

    （1）共享頻譜。uwb不是獨(dú)點(diǎn)新的頻譜，而是與其它系統(tǒng)共享頻譜，在7500mhz的大帶寬內(nèi)，通過嚴(yán)格限制發(fā)射功率，從而避免了對(duì)其它系統(tǒng)的干擾。這樣的頻譜使用方式，在頻譜資源日益稀缺的今天具有重要意義。

    （2）速率高、成本低、功耗低。uwb通信采用沖擊脈沖形式，因?yàn)槭菐拏鬏�，系統(tǒng)相對(duì)簡單；而低占空比使系統(tǒng)功耗很低；uwb極寬的頻譜，使uwb系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)1gbps以上，在目前的無線通信技術(shù)中，只有uwb技術(shù)可以滿足構(gòu)建無線多媒體家域網(wǎng)的要求。

    （3）信號(hào)衰減較小，穿透力強(qiáng)。采用基帶窄脈沖形式的uwb信號(hào)，具有適當(dāng)波形的uwb脈沖具有較強(qiáng)的定向性，衰減很慢。另外，由于基帶窄脈沖中含有較多的低頻分量，所以在室內(nèi)傳播悍可順利地穿過墻壁等一般的障礙物。

    （4）低偵聽率。uwb信號(hào)的功率譜密度非常低，信號(hào)難以被檢測(cè)到，再加上采用的跳頻、直接序列擴(kuò)頻等多址接入技術(shù)，使非授權(quán)者很難截獲傳輸信息，因而安全性非常好。

    （5）抗多徑能力強(qiáng)。由于沖擊脈沖持續(xù)時(shí)間極短，而占空比很大，這一傳輸方式具有良好的多徑分辨性，使rake接收容易實(shí)現(xiàn)。

    1 無載波方案

    無載波脈沖方案為uwb通信的傳統(tǒng)方式，信息由沖擊脈沖攜帶，單脈沖的寬度極窄，一般在亞納秒級(jí)，且占空比相當(dāng)小，為1%，甚至為0.1%，具有極強(qiáng)的多徑信道分辨能力，使無線室內(nèi)通信環(huán)境中，密集多徑信道的分離和處理成為可能。

    1．1 波形設(shè)計(jì)

    盡管無載波超寬帶的平均功率相當(dāng)?shù)�，但考慮到其極低的占空比，峰值功率有可能很大，因此，需要對(duì)傳輸波形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。波形選擇通常有方波、高斯形等，其中高斯形脈沖類似于單周正弦波，頻譜結(jié)構(gòu)中直流及接近直流的頻譜成為分較弱，有利于極窄脈沖信號(hào)的傳輸，接收端易于相關(guān)檢測(cè)與識(shí)別，使用較多。在無載波脈沖uwb通信中，收發(fā)端的天線對(duì)輸入信號(hào)分別有一次微分效應(yīng)，這一點(diǎn)將直接影響接收模板的信號(hào)設(shè)計(jì)。

    典型情況下，經(jīng)過收發(fā)天線和信道傳播，接收部分收到的脈沖信號(hào)為單周高斯脈沖，接收天線處的輸出信號(hào)的時(shí)域波形如圖2所示，函數(shù)形式為：

    其中，σ為脈沖的有效持續(xù)時(shí)間長度，超寬帶通信中的發(fā)射信號(hào)s(t)對(duì)于捕獲部分而言，將等效為：

    其中，tf為脈沖發(fā)射間隔時(shí)間