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　　kaiyun中國網(wǎng)頁版登錄雖然超寬帶的描述并不詳細(xì)，它確實(shí)有助于將這項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)的“窄帶”系統(tǒng)分隔開，或者是更新的主要是指文獻(xiàn)中描述的未來3G蜂窩技術(shù)的“寬帶”系統(tǒng)。關(guān)于超寬帶和其它的“窄帶”或者是“寬帶”主要有兩方面的區(qū)別。一是超寬帶的帶寬，在美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)所定義比中心頻率高25%或者是大于1.5G赫茲。很清楚，這一帶寬明顯大于目前所有通信技術(shù)的帶寬。二是，超寬帶典型的用于無載波應(yīng)用方式。傳統(tǒng)的“窄帶”和“寬帶”都是采用無線電頻率(RF)載波來傳送信號，頻率范圍從基帶到系統(tǒng)被允許使用的實(shí)際載波頻率。相反的，超寬帶的實(shí)現(xiàn)方式是能夠直接的調(diào)制一個大的激增和下降時(shí)間的“脈沖”，這樣所產(chǎn)生的波形占據(jù)了幾個GHz的帶寬。

　　圖中頻譜已經(jīng)接近白噪聲頻譜，功率也小了許多，這就是偽隨機(jī)編碼產(chǎn)生的效果。適當(dāng)?shù)剡x擇碼組，保證組內(nèi)各個碼字相互正交或接近正交，就可以實(shí)現(xiàn)碼分多址。

　　UWB系統(tǒng)采用相關(guān)接收技術(shù)，關(guān)鍵部件稱為相關(guān)器（correlator）。相關(guān)器用準(zhǔn)備好的模板波形乘以接收到的射頻信號，再積分就得到一個直流輸出電壓。相乘和積分只發(fā)生在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，間歇期則沒有。處理過程一般在不到1ns的時(shí)間內(nèi)完成。相關(guān)器實(shí)質(zhì)上是改進(jìn)了的延遲探測器，模板波形匹配時(shí)，相關(guān)器的輸出結(jié)果量度了接收到的單周期脈沖和模板波形的相對時(shí)間位置差。圖6顯示了不同位置七個脈沖經(jīng)相關(guān)器后的波形走勢，750ns后的穩(wěn)定波形是輸出結(jié)果。

　　美國在UWB的積極投入，引起歐盟和日本的重視，也紛紛開展研究計(jì)劃。由Wisair、Philips等六家公司和團(tuán)體，成立了Ultrawaves組織，研究家庭內(nèi)，UWB在AV設(shè)備高速傳輸?shù)目尚行匝芯?。位于以色列的Wisair多次發(fā)表所開發(fā)的UWB芯片組。STMicro、Thales集團(tuán)和摩托羅拉等10家公司和團(tuán)體則成立了UCAN組織，利用UWB達(dá)成PWAN的技術(shù)，包括實(shí)體層、MAC層、路由與硬件技術(shù)等。PULSERS是由位于瑞士的IBM研究公司、英國的Philips研究組織等45家以上的研究團(tuán)體組成，研究UWB的近距離無線界面技術(shù)和位置測量技術(shù)。日本在2003年元月成立了UWB研究開發(fā)協(xié)會，計(jì)有40家以上的業(yè)者和大學(xué)參加，并在同年3月構(gòu)筑UWB通信試驗(yàn)設(shè)備。多個研究機(jī)構(gòu)可在不經(jīng)過核準(zhǔn)的情況下，先行從事研究。我國在2001年9月初發(fā)布的十五國家863計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中，首次將超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)作為無線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究內(nèi)容，鼓勵國內(nèi)學(xué)者加強(qiáng)這方面的研究工作。

　　比如可以用每個脈沖出現(xiàn)位置超前或落后于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻一個特定的時(shí)間δ來表示一個特定的信息。圖4是一個二進(jìn)制信息調(diào)制的示例。

　　圖中調(diào)制前脈沖的平均周期和調(diào)制量δ的數(shù)值都極小。因此調(diào)制后在接收端需要用匹配濾波技術(shù)才能正確接收，即用交叉相關(guān)器在達(dá)到零相位差的時(shí)候就可以檢測到這些調(diào)制信息，哪怕信號電平低于周圍噪聲電平。由圖還可見調(diào)制后降低了頻譜的尖峰幅度，之所以仍不夠十分平滑是因?yàn)闀r(shí)間位置偏移量不夠大，也不夠雜亂。

　　(3)功耗低：UWB系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時(shí)間很短，一般在0. 20ns～1. 5ns之間，有很低的占空因數(shù)，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時(shí)系統(tǒng)的耗電量僅為幾百μW～幾十mW。民用的UWB設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動電線左右，是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/ 20左右。軍用的UWB電臺耗電也很低。因此，UWB設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對于傳統(tǒng)無線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性。

　　2003年12月，在美國新墨西哥州的阿爾布克爾市舉行的IEEE有關(guān)UWB標(biāo)準(zhǔn)的大討論。那時(shí)關(guān)于UWB技術(shù)有兩種相互競爭的標(biāo)準(zhǔn)，一方是以Intel與德州儀器為首支持的MBOA標(biāo)準(zhǔn)，一方是以摩托羅位為首的DS-UWB標(biāo)準(zhǔn)，雙方在這場討論中各不相讓，兩者的分歧體現(xiàn)在UWB技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式上，前者采用多頻帶方式，后者為單頻帶方式。目前，這兩個陣營均表示將單獨(dú)推動各自的技術(shù)。雖然標(biāo)準(zhǔn)塵埃未定，但摩托羅拉已有了追隨者，三星在今年國際消費(fèi)電子展上展示了全球第一套可同時(shí)播放三個不同的HSDTV視頻流的無線廣播系統(tǒng)，就采用了摩托羅拉公司的XtremeSpectrum芯片，該芯片組是摩托羅拉的第二代產(chǎn)品，目前已有樣片提供，其數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)114Mbps，而功耗不超過200mw。在另一陣營中，Intel公司近期在其開發(fā)商論壇上展示了該公司第一個采用90nm技術(shù)工藝處理的UWB芯片；同時(shí)，該公司還首次展示多家公司聯(lián)合支持的、采用UWB芯片的、應(yīng)用范圍超過10M的480Mbps無線a工作組主持召開的標(biāo)準(zhǔn)大討論會議上對這種技術(shù)進(jìn)行投票選舉UWB標(biāo)準(zhǔn)，MBOA獲得60%的支持，DS-UWB獲取40%的支持，兩者都沒有達(dá)到成為標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到75%選票的要求。因此標(biāo)準(zhǔn)之爭還要持續(xù)下去。

　　(7)工程簡單造價(jià)便宜：在工程實(shí)現(xiàn)上，UWB比其它無線技術(shù)要簡單得多，可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個芯片上，設(shè)備的成本將很低。

　　如前所述，現(xiàn)代意義上的超寬帶UWB數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，又稱脈沖無線電( IR，Impulse Radio)技術(shù)，出現(xiàn)于1960年代，當(dāng)時(shí)主要研究受時(shí)域脈沖響應(yīng)控制的微波網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)動作。通過Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究，UWB技術(shù)在70年代獲得了重要的發(fā)展，其中多數(shù)集中在雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用中，包括探地雷達(dá)系統(tǒng)。到80年代后期，該技術(shù)開始被稱為無載波無線電，或脈沖無線;這一術(shù)語。為了研究UWB在民用領(lǐng)域使用的可行性，自1998年起，美國聯(lián)邦通信委員會( FCC)對超寬帶無線設(shè)備對原有窄帶無線通信系統(tǒng)的干擾及其相互共容的問題開始廣泛征求業(yè)界意見，在有美國軍方和航空界等眾多不同意見的情況下，F(xiàn)CC仍開放了UWB技術(shù)在短距離無線通信領(lǐng)域的應(yīng)用許可。這充分說明此項(xiàng)技術(shù)所具有的廣闊應(yīng)用前景和巨大的市場誘惑力。

　　(4)安全性高：作為通信系統(tǒng)的物理層技術(shù)具有天然的安全性能。由于UWB信號一般把信號能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，對一般通信系統(tǒng)，UWB信號相當(dāng)于白噪聲信號，并且大多數(shù)情況下，UWB信號的功率譜密度低于自然的電子噪聲，從電子噪聲中將脈沖信號檢測出來是一件非常困難的事。采用編碼對脈沖參數(shù)進(jìn)行偽隨機(jī)化后，脈沖的檢測將更加困難。

　　UWB技術(shù)是一種與其它技術(shù)有很大不同的無線通信技術(shù)，它將會為無線局域網(wǎng)LAN和個人域網(wǎng)PAN的接口卡和接入技術(shù)帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術(shù)。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它開發(fā)了一個具有對信道衰落不敏感;發(fā)射信號功率譜密度低，有低截獲能力，系統(tǒng)復(fù)雜度低，能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。UWB尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信應(yīng)用中。

　　UWB技術(shù)最基本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖間隔嚴(yán)格受控的高斯單周期超短時(shí)脈沖，超短時(shí)單周期脈沖決定了信號的帶寬很寬，接收機(jī)直接用一級前端交叉相關(guān)器就把脈沖序列轉(zhuǎn)換成基帶信號，省去了傳統(tǒng)通信設(shè)備中的中頻級，極大地降低了設(shè)備復(fù)雜性。

　　UWB技術(shù)采用脈沖位置調(diào)制PPM單周期脈沖來攜帶信息和信道編碼，一般工作脈寬0.1-1.5ns (1納秒=一億分之一秒)，重復(fù)周期在25-1000ns。圖2顯示了實(shí)用的單周期高斯脈沖的時(shí)域波形和頻域特性，圖中脈沖的中心頻率在2GHz。

　　與此相比，UWB無線通信技術(shù)就像是一個人用旋轉(zhuǎn)的噴灑器來澆灌草坪一樣，它可以噴射出更多、更快的短促水流脈沖。UWB產(chǎn)品在工作時(shí)可以發(fā)送出大量的非常短、非?？斓哪芰棵}沖。這些脈沖都是經(jīng)過精確計(jì)時(shí)的，每個只有幾個毫微秒長，脈沖可以覆蓋非常廣泛的區(qū)域。脈沖的發(fā)送時(shí)間是根據(jù)一種復(fù)雜的編碼而改變的，脈沖本身可以代表數(shù)字通信中的0，也可以代表1。

　　值得注意的是，雖然UWB信號幾乎不對工作于同一頻率的無線設(shè)備造成干擾。但是所有帶內(nèi)的無線電信號都是對UWB信號的干擾，UWB可以綜合運(yùn)用偽隨機(jī)編碼和隨機(jī)脈沖位置調(diào)制以及相關(guān)解調(diào)技術(shù)來解決這一問題。三、UWB的技術(shù)特點(diǎn)

　　由于UWB與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，工作原理迥異，因此UWB具有如下傳統(tǒng)通信系統(tǒng)無法比擬的技術(shù)特點(diǎn)：

　　(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單：當(dāng)前的無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，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，它通過發(fā)送納秒級脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號。UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵天線，不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻，從而不需要功用放大器與混頻器，因此，UWB允許采用非常低廉的寬帶發(fā)射器。同時(shí)在接收端，UWB接收機(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī)，不需要中頻處理，因此，UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡單。

　　從時(shí)域上講，超寬帶系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)。一般的通信系統(tǒng)是通過發(fā)送射頻載波進(jìn)行信號調(diào)制，而UWB是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(幾十n s)直接實(shí)現(xiàn)調(diào)制，超寬帶的傳輸把調(diào)制信息過程放在一個非常寬的頻帶上進(jìn)行，而且以這一過程中所持續(xù)的時(shí)間，來決定帶寬所占據(jù)的頻率范圍。由于UWB發(fā)射功率受限，進(jìn)而限制了其傳輸距離，據(jù)資料表明，UWB信號的有效傳輸距離在10m以內(nèi)，故而在民用方面，UWB普遍地定位于個人局域網(wǎng)范疇。

　　為了進(jìn)一步平滑信號頻譜，可以讓重復(fù)時(shí)間的位置偏移量δ大小不一，變化隨機(jī)，同時(shí)也為了在共同的信道比如空中取得自己專用的信道，即實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的多址，可以對一個相對長的時(shí)間幀內(nèi)的脈沖串按位置調(diào)制進(jìn)行編碼，特別是采用偽隨機(jī)序列編碼。接收端只有用同樣的編碼序列才能正確接收和解碼。圖4顯示了偽隨機(jī)時(shí)間調(diào)制編碼后的脈沖序列的波形和頻譜。

　　(6)定位精確：沖激脈沖具有很高的定位精度，采用超寬Байду номын сангаас無線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，而GPS定位系統(tǒng)只能工作在GPS定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)；與GPS提供絕對地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對位置，其定位精度可達(dá)厘米級，此外，超寬帶無線電定位器更為便宜。

　　實(shí)際通信中使用一長串的脈沖，圖3顯示了周期性重復(fù)的單脈沖的時(shí)域和頻域特性。頻譜中出現(xiàn)了強(qiáng)烈的能量尖峰，這是由于時(shí)域中信號重復(fù)的周期性造成了頻譜的離散化。這些尖峰將會對傳統(tǒng)無線電設(shè)備和信號構(gòu)成干擾，而且這種十分規(guī)則的脈沖序列也沒有攜帶什么有用信息。改變時(shí)域的周期性可以減低這種尖峰，即采用脈沖位置調(diào)制PPM。

　　(5)多徑分辨能力強(qiáng)：由于常規(guī)無線通信的射頻信號大多為連續(xù)信號或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于多徑傳播時(shí)間，多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。由于超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號在時(shí)間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時(shí)間上發(fā)生交疊，其多徑傳輸路徑長度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號在時(shí)間上不重疊，很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號的能量。大量的實(shí)驗(yàn)表明，對常規(guī)無線 dB的多徑環(huán)境，對超寬帶無線)高速的數(shù)據(jù)傳輸：民用商品中，一般要求UWB信號的傳輸范圍為10m以內(nèi)，再根據(jù)經(jīng)過修改的信道容量公式，其傳輸速率可達(dá)500Mbit/ s，是實(shí)現(xiàn)個人通信和無線局域網(wǎng)的一種理想調(diào)制技術(shù)。UWB以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨(dú)占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶。在軍事應(yīng)用中，可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳

　　從頻域來看，超寬帶有別于傳統(tǒng)的窄帶和寬帶，它的頻帶更寬。窄帶是指相對帶寬(信號帶寬與中心頻率之比)小于1%，相對帶寬在1%到25%之間的被稱為寬帶，相對帶寬大于25%，而且中心頻率大于500MHz的被稱為超寬帶。表1表示這三個概念

　　超寬帶技術(shù)在無線通訊方面的創(chuàng)新性、利益性具有很大的潛力，在商業(yè)多媒體設(shè)備、家庭和個人網(wǎng)絡(luò)方面極大地提高了一般消費(fèi)者和專業(yè)人員的適應(yīng)性和滿意度。所以一些有眼光的工業(yè)界人士都在全力建立超寬帶技術(shù)及其產(chǎn)品。相信這一超寬帶技術(shù)，不僅為低端用戶所喜愛，而且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，如雷達(dá)跟蹤、精確定位和無線通信方面具有廣闊的前景。

　　UWB無線通信技術(shù)與現(xiàn)有的無線通信技術(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別。當(dāng)前的無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，形象地說，這種電波就像是一個人拿著水管澆灌草坪時(shí)，水管中的水隨著人手的上下移動形成的連續(xù)的水流波動。幾乎所有的無線通信包括移動電話、無線局域網(wǎng)的通信都是這樣的:用某種調(diào)制方式將信號加載在連續(xù)的電波上。