摘要：介紹了超寬帶（uwb）無線通信技術的基本概念和主要的實現(xiàn)方案，對其中的關鍵技術現(xiàn)狀進行了剖析，并簡要說明了超寬帶兩種候選標準的特點。

    關鍵詞：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，使超寬帶技術引起了人們的廣泛重視。2002年2月fcc對超寬帶使用發(fā)布無許可證使用后，超寬帶技術迅速成為國際無線通信領域研究開發(fā)的一個熱點，并被視為下一代無線通信的關鍵技術之一。

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

    ffoc=2(fh-fl)/(fh+fl) (1)

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

    uwb無線通信的歷史可以追溯到1942年rosa提交的隨機脈沖系統(tǒng)的專利，從其出現(xiàn)到二十世紀90年代之前，uwb技術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域，并有了較大的發(fā)展和變化，產生了載波調制的直接序列碼分多址和多載波正交頻分復用等多種實現(xiàn)方式。

    窄帶與寬帶系統(tǒng)相比，超寬帶的特點是：

    （1）共享頻譜。uwb不是獨點新的頻譜，而是與其它系統(tǒng)共享頻譜，在7500mhz的大帶寬內，通過嚴格限制發(fā)射功率，從而避免了對其它系統(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，因為是帶寬傳輸，系統(tǒng)相對簡單；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1gbps以上，在目前的無線通信技術中，只有uwb技術可以滿足構建無線多媒體家域網的要求。

    （3）信號衰減較小，穿透力強。采用基帶窄脈沖形式的uwb信號，具有適當波形的uwb脈沖具有較強的定向性，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信號的功率譜密度非常低，信號難以被檢測到，再加上采用的跳頻、直接序列擴頻等多址接入技術，使非授權者很難截獲傳輸信息，因而安全性非常好。

    （5）抗多徑能力強。由于沖擊脈沖持續(xù)時間極短，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，且占空比相當小，為1%，甚至為0.1%，具有極強的多徑信道分辨能力，使無線室內通信環(huán)境中，密集多徑信道的分離和處理成為可能。

    1．1 波形設計

    盡管無載波超寬帶的平均功率相當?shù)�，但考慮到其極低的占空比，峰值功率有可能很大，因此，需要對傳輸波形進行優(yōu)化設計。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，頻譜結構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的傳輸，接收端易于相關檢測與識別，使用較多。在無載波脈沖uwb通信中，收發(fā)端的天線對輸入信號分別有一次微分效應，這一點將直接影響接收模板的信號設計。

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

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

    其中，tf為脈沖發(fā)射間隔時間