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超宽带无线通信技术

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摘要：超宽带(UWB)具有传输速率高、通信距离短、平均发射功率低等特点，非常适合于短距离高速无线通信 。文章对UWB的发送接收技术和信道建模方式进行了讨论，指出UWB将定位于各种消费类电子设备和终端间的高速无线连接 。对于IEEE的UWB标准，文章认为由于目前形成了脉冲无线电和多频带正交频分复用(OFDM)两大方案，因此最终采用哪种方案还需等待 。要害词：超宽带；脉冲无线电；无线个域网Abstract: Ultra-wideband (UWB) is suitable for high-speed wireless communications within a small area, owing to its high data rates, short communication distance and low average transmit power. Two proposals, i.e., impulse radio and multi-band OFDM, are under consideration in IEEE 802.15.3a standardization process on UWB, and which one will be selected has not been determined. After discussing the transmit and receive techniques as well as channel modeling method in UWB, the article points out that UWB will be targeted at providing high data rate wireless connection among a wide range of consumer electronic devices and terminals.Key Words:ultra wideband; impulse radio; wireless personal area network无线技术在通信发展进程中一直扮演着重要角色 。伴随着移动通信十几年来的蓬勃发展以及3G、B3G等概念的日益普及，无线家族中的另一成员——短距离宽带无线接入技术近年来异军突起 。从蓝牙、HomeRF到IEEE 802.11(即Wi-Fi)系列，越来越多的人开始感受到了短距离无线通信技术所带来的诸多便捷，甚至有人认为短距离无线通信技术具有与3G抗衡之势 。
超宽带(UWB)技术是目前备受关注的一种新型短距离高速无线通信技术 。多年来，这项技术一直在军事领域中使用 。UWB在民用领域开放后，有望凭借其超高的传输速度和低功率、低成本等优势给短距离无线接入市场注入新的活力 。
1 UWB的特点
应用于无线通信领域的UWB是一种低功率的无线电技术 。按照2002年美国联邦通信委员会(FCC)在向民用领域开放UWB时的定义，超宽带技术指的是信号相对带宽(即信号带宽与中心频率之比)不小于0.2或绝对带宽不小于500 MHz，并使用指定的3.1 GHz～10.6 GHz频段的通信方式 。与其他传统的无线通信技术相比较，UWB的技术特点主要有：
(1)传输速率高
UWB系统使用上千兆赫兹的超宽频带，所以即使把发送信号功率谱密度控制得很低，也可以实现高达100 Mb/s～500 Mb/s的信息速率 。根据仙农信道容量公式，如使用7 GHz带宽，那么即使信噪比低至-10 dB，理论信道容量也能达到1 Gb/s[1]，因此实际中实现100 Mb/s以上的速率是完全可能的 。
(2)通信距离短
由于随着传播距离的增加高频信号强度衰减太快，因此使用超宽频带的系统更适合于进行短距离通信 。理论分析表明，当收发机之间的距离大于12 m时，UWB的信道容量低于传统的窄带系统 。
【超宽带无线通信技术】(3)平均发射功率低
在短距离应用中，UWB发射机的发射功率通常可做到低于1 mW，这是通过牺牲带宽换取的 。FCC规定UWB的发送功率谱密度必须低于美国放射噪音规定值-41.3 dBm/MHz，因此，从理论上来说相对于其他通信系统UWB信号所产生的干扰仅相当于一宽带白噪声 。所带来的好处体现在两方面：一是可使UWB系统与同频段的现有窄带通信系统保持良好共存性，这对于提高无线频谱资源的利用率，缓解日益紧张的无线频谱资源大有好处；二是使得UWB信号隐蔽性好，不易被截获，保密性高 。
(4)多径分辨率极高
由于UWB采用持续时间极短的窄脉冲，其时间、空间分辨力都很强，因此系统的多径分辨率极高(1 ns脉冲的多径分辨率为30 cm)，接收机通过分集可以获得很强的抗衰落能力，同时在进行测距、定位、跟踪时也能达到更高的精度 。值得一提的是，窄脉冲具有很强的穿透各种障碍物的能力，例如墙壁和地板，因此UWB具有比红外通信更为广泛的应用 。

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