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　　超寬帶其實有著悠久的發(fā)展歷史,可以追述到一百年前波波夫、馬可尼發(fā)明越洋無線電報的時代。現(xiàn)代意義上的超寬帶UWB (UltraWide Band)出現(xiàn)于上世紀90年代,但是它的應用僅僅局限于軍事、災害救援等方面。直到1989年美國國防部高級研究計劃署(DARPA)才首先采用了超寬帶這一術語,并對它的定義做了明確的規(guī)定:若信號在- 20dB處的絕對帶寬大于115GHz或相對帶寬大于25 % ,則該信號為超寬帶信號。到了2002年2月14日,這項無技術首次獲得了美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的批準用于民用通信,從而引起了世界各國的廣泛關注。

　　分辨率多媒體服務的需要。UWB通信技術另外一個非常有應用前景的方面就是數(shù)字家庭網(wǎng)絡。數(shù)字家庭網(wǎng)絡近來越來越受到業(yè)界和用戶的關注。那什么是數(shù)字家庭網(wǎng)絡呢?簡單來說就是將家庭中的全部或大部分電子產(chǎn)品連成網(wǎng)絡。UWB的到來將促使家庭數(shù)字網(wǎng)絡無線時代的到來。當然現(xiàn)在離這一步還比較遠。UWB信號在短距傳輸時非常快,但距離一旦增加到10m就變慢了,而且UWB還存在其他方面的不足。但是無論如何, UWB為數(shù)字家庭無線網(wǎng)絡的實現(xiàn)提供了一條很有希望的途徑。UWB現(xiàn)在的應用領域十分廣泛,除了上面提到的地方還有像衛(wèi)星通信、醫(yī)療檢測等一些領域。另外,目前, intel公司正在進行研究和開發(fā),以便將UWB集成到個人電腦芯片組中。

　　多址( TDMA)技術和碼分多址(CDMA)技術。主要業(yè)務是語音,其主特性是提供數(shù)字化的話音業(yè)務及低速數(shù)據(jù)業(yè)務。它克服了模擬移動通信系統(tǒng)的弱點,話音質(zhì)量、保密性能得到大的提高,并可進行省內(nèi)、省際自動漫游。第三代移動通信技術(32G)有更寬的帶寬,其傳輸速度最低為384K,最高為2M,帶寬可達5MHz以上。不僅能傳輸話音,還能傳輸數(shù)據(jù),從而提供快捷、方便的無線應用,如無線接入Internet。能夠實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和寬帶多媒體服務是第三代移動通信的另一個主要特點。第四代移動通信系統(tǒng)的提供便是希望能滿足提供更大的頻寬需求,滿足第三代移動通信尚不能達到的在覆蓋、質(zhì)量、造價上支持的高速數(shù)據(jù)和高

　　在短距通信中, UWB以非常寬的頻率帶寬和很低的功率譜密度來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸,傳輸速率可以達到500Mbit/ s ,甚至超過1Gbit/ s。

　　UWB采用極窄脈沖直接激勵天線,不像傳統(tǒng)的無線通信在發(fā)射信號時需要連續(xù)發(fā)出載波,這樣就大大減少了耗電量。

　　UWB系統(tǒng)輻射譜密度極低,因此UWB信號對窄帶系統(tǒng)的干擾可以視作白噪聲。同時,極低的輻射譜密度使UWB信號具有很強的隱蔽性,很難被截獲。而且采用編碼對脈沖參數(shù)進行偽隨機化后, UWB信號的檢測將更加困難。

　　比較以上4種不同調(diào)制方式的功率效率,OOK和PPM具有相同的功率效率; PAM效率稍差些;而對于跳時多址接入系統(tǒng),在相同用戶數(shù)的情況下, PAM的性能明顯優(yōu)于PPM[11 ] ;BPSK對于相同的比特能量有最大的符號間距,在獲得相同誤碼率的情況下與其余3種調(diào)制方式相比效率最高。

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　　根據(jù)Shannon信道容量公式,在高斯信道中,系統(tǒng)無差錯傳輸速率的上限為:C=B×log2 (1 SNR)其中B為信道帶寬, SNR為信噪比。這個公式說明當傳輸系統(tǒng)信噪比下降時,可增加系統(tǒng)傳輸帶寬以保持信道容量不變。正因為這樣,通信技術一步步由點頻通信到跳頻通信,再到擴頻通信,發(fā)展到現(xiàn)在的UWB通信。

　　值得一提的是,在UWB ad2hoc網(wǎng)絡應用中,Horie W和Sanada Y提出了一種可變擴頻因子的直接序列擴頻碼分多址(DS2CDMA)方案[14 ] ,為保證接收信號單位比特信噪比恒定,擴頻因子的增加應和信號傳輸距離的平方成正比,這樣可以實現(xiàn)各種距離的高速數(shù)據(jù)傳輸。然而,隨著距離的增加,丟包數(shù)隨之增加。為了解決這一問題,需要使用MAC協(xié)議。而采用多信道載波檢測多址接入(CSMA , CSMA協(xié)議是MAC協(xié)議的一種)方案[15～17 ] ,分配專用信道用于載波檢測,可以較好地解決這個問題,但卻降低了系統(tǒng)性能。Horie W和Sanada Y又提出了采用特定組合擴頻碼用于載波檢測的CSMA方案[18 ] ,改善了系統(tǒng)性能。另外,在2004年5月的UWB技術國際專題研討會上,展示了日本的NICT與NEC公司等共同研制的采用BPSK調(diào)制方式的UWB技術[19 ] ,數(shù)據(jù)傳輸速度可達100 Mbps ,因為沒有使用模數(shù)轉換器,電路結構較簡單。

　　雖然UWB無線通信技術的標準還在制訂中,可是在學術界、產(chǎn)業(yè)界特別是FCC的大力支持下,UWB終于迎來了自身發(fā)展的良好機遇。已有多項UWB方面的專利和多種UWB產(chǎn)品問世,在軍事和民用領域都取得了前所未有的發(fā)展。UWB的潛在應用價值及巨大市場前景已得到業(yè)界普遍共識,但機遇與挑戰(zhàn)共存,UWB也帶來了許多新的、挑戰(zhàn)性的課題及值得探索的研究方向。因為UWB是一種與現(xiàn)存無線通信系統(tǒng)共享頻帶的技術,UWB設備與傳統(tǒng)窄帶業(yè)務之間的兼容性及如何共存是非常有現(xiàn)實意義的研究方向。國際電聯(lián)第一研究組( ITU2RSG1)于2002年召開的全體會議上,確立了關于“使用超寬帶的無線電設備與無線電通信業(yè)務之間兼容性”的研究課題。而且ITU2R已成立了TG 1/ 8小組,專門負責有關UWB電磁兼容等國際標準的制訂。近來, ITU2R SG1國內(nèi)對口研究組也正在積極開展UWB電磁兼容方面的研究工作,例如,國家無線電監(jiān)測中心和北京郵電大學等合作設立了這方面的研究課題,對在我國開展這方面的研究起到了很好的促進作

　　當今世界已進入高速發(fā)展的信息網(wǎng)絡時代，其中最為活躍和發(fā)展最快的當屬無線網(wǎng)絡和Internet，二者常被稱為天地兩大網(wǎng)。Internet以光纖、電纜和電話線為傳輸媒質(zhì)，把成千上萬的計算機和智能終端連接成網(wǎng)，可傳輸數(shù)據(jù)、圖像、話音（IP電話）等多媒體信息，目前正向以IPv6為主要協(xié)議的下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）發(fā)展。無線用戶要接入Internet，Internet用戶希望在移動中享受Internet服務，只有這兩大網(wǎng)絡互相補充和發(fā)展，人們才會享受到更加便捷、業(yè)務多樣、更高速率和個性化的寬帶多媒體信息服務。因此，寬帶無線通信技術受到國內(nèi)外的廣泛重視，并投入巨資進行開發(fā)和研究。寬帶無線通信技術包括寬帶移動通信技術和寬帶固定無線接入技術。移動通信網(wǎng)大約3～5年發(fā)生一次大的變革，現(xiàn)已經(jīng)歷了第一代、第二代，目前發(fā)展到第三代（3G）,3G在部分國家和地區(qū)已經(jīng)開始運行，第四代（4G）的標準和關鍵技術研究已全面展開。3G網(wǎng)絡中可傳輸數(shù)據(jù)、圖像、話音等多媒體信息，成為Internet寬帶無線接入的重要技術。寬帶固定無線接入是目前寬帶接入技術的重要組成部分，并將成為下一代網(wǎng)絡（NGN, NextGeneration Network）、下一代寬帶無線（NGBW, Next Generation BroadbandWireless）及3G演進的重要接入與傳送支撐技術。本文著重從寬帶固定無線接入和寬帶移動通信系統(tǒng)兩個方面介紹寬帶無線通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展，同時還簡述了目前引起廣泛關注的超寬帶（UWB）和自由空間光(FSO)通信技術。

　　為進一步提高數(shù)據(jù)速率，UWB應用超短基帶豐富的GHz級頻譜，采用安全信令方法 (Intriguing Signaling Method)。基于UWB的寬廣頻譜，F(xiàn)CC在2002年宣布UWB可用于精確測距，金屬探測，新一代WLAN和無線通信。為保護GPS，導航和軍事通信頻段，UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB發(fā)射功率。

　　調(diào)制技術是影響超寬帶無線通信系統(tǒng)性能指標的關鍵因素之一,故調(diào)制方式的選擇至關重要。影響調(diào)制方式選擇的因素有兩方面[4 ]。第一,調(diào)制方案的選擇必須保證較高的功率,即對于給定的單位比特能量調(diào)制必須提供最佳的性能,減少誤碼。第二,傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)是帶寬受限,而UWB系統(tǒng)是功率受限,這個根本區(qū)別影響到UWB系統(tǒng)的調(diào)制方式和編碼技術的選擇,調(diào)制方式的選擇影響信號功率譜密度,要求調(diào)制信號具有平的功率譜分布。目前,UWB采用的調(diào)制方式有M狀態(tài)Walsh碼調(diào)制[5 ]、脈位調(diào)制(PPM) [6 ]、脈沖幅度調(diào)制(PAM) [7 ]、通斷鍵控(OOK)調(diào)制[8 ]及二進制移頻鍵控(BPSK)調(diào)制[9 ,10 ] ,而BPSK又分為跳時(TH)二進制移頻鍵控調(diào)制和直擴(DS)二進制移頻鍵控調(diào)制。其中PPM、PAM、OOK及BPSK比較常用,這4種不同的超寬帶脈沖調(diào)制信號波形如圖2所示。

　　全面考慮多址性能、實現(xiàn)難易、可靠性及有效性等多方面因素,UWB系統(tǒng)目前廣泛采用的是TH2PPM及TH/ DS2BP2SK,其區(qū)別在于[12 ]以下兩方面。

　　極短窄帶脈沖在空間和時間上都不容易重疊,因此UWB信號具有很強的多徑分辨能力,從而UWB系統(tǒng)也具有很強的抗衰落能力。同時UWB信號還具有極強的穿透能力,無論在室內(nèi)或地下都可以精確定位,其定位精度可達厘米級,而且費用也比全球定位系統(tǒng)(GPS)低。

　　UWB(Ultra-Wideband)超寬帶，一開始是使用脈沖無線電技術，此技術可追溯至19世紀。后來由Intel等大公司提出了應用了UWB的MB-OFDM技術方案，由于兩種方案的截然不同，而且各自都有強大的陣營支持，制定UWB標準的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出最終的標準方案，于是將其交由市場解決。至今UWB還在爭論之中。UWB調(diào)制采用脈沖寬度在ns級的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至GHz，不需常規(guī)窄帶調(diào)制所需的RF頻率變換，脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射。脈沖峰峰時間間隔在10 - 100 ps級。頻譜形狀可通過甚窄持續(xù)單脈沖形狀和天線負載特征來調(diào)整。UWB信號在時間軸上是稀疏分布的，其功率譜密度相當?shù)?，RF可同時發(fā)射多個UWB信號。UWB信號類似于基帶信號，可采用OOK，對映脈沖鍵控，脈沖振幅調(diào)制或脈位調(diào)制。UWB不同于把基帶信號變換為無線射頻 (RF) 的常規(guī)無線系統(tǒng)，可視為在RF上基帶傳播方案，在建筑物內(nèi)能以極低頻譜密度達到100 Mb/s數(shù)據(jù)速率。

　　超寬帶(UWB) 通信技術是近來研究的熱點, 本文具體介紹了UWB 的概念及特點, 并

　　UWB應用超短基帶豐富的GHz級頻譜，采用安全信令方法?；赨WB的寬廣頻譜， UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB發(fā)射功率。

　　首先簡要介紹了超寬帶(UWB) 的系統(tǒng)性能特點及UWB 的調(diào)制與多址接入技術,然后著重討論了UWB的最新進展,包括: IEEE 802. 15. 3a UWB 多徑信道模型,UWB 的多入多出(MIMO) 系統(tǒng),UWB 的正交頻分復用(OFDM)系統(tǒng)以及定位于低速無線個域網(wǎng)(LR - WPANs) 的802. 15. 4a 標準。最后提出幾個值得探索的研究方向,如:尋求一種新的適合分析非正弦窄脈沖的UWB 系統(tǒng)的無線通信理論等。

　　由于UWB信號具有高速、保密性好,抗截獲能力強的優(yōu)點,所以UWB在軍事通信中有廣泛的應用。而軍事通信也是UWB信號應用得最早和應用得比較成熟的方面。具體的應用如戰(zhàn)術組網(wǎng)、保密數(shù)據(jù)接力和單兵作戰(zhàn)、地面穿透雷達、雷達跟蹤、精確定位等。UWB通信技術現(xiàn)在研究得比較熱的方面就是其在移動通信領域的應用。首先UWB系統(tǒng)具有耗能低的特點,如果將其用到移動通信領域中,很直接的一點就是它將大大提高我們mobile的待機間。另外從移動通信的發(fā)展過程不難看出,它希望能滿足提供更大頻寬的需求,以便提供更為完善和多樣化的多媒體服務。第一代移動通信技術(1G)主要采用的是模擬技術和頻分多址(FDMA)技術。由于受到傳輸帶寬的限制,不能進行移動通信的長途漫游,只能是一種區(qū)域性的移動通信系統(tǒng)。第二代移動通信技術(2G)主要采用的是數(shù)字的時分