科技创新导报

２００９　　ＮＯ．０５

研　究　报　告

超宽带无线通信相关技术的研究①

刘翔

（上海交通大学　上海　２００２４０）

摘　要：超宽带无线通信技术作为一种新的通信方式己成为近来广泛研究的课题。它解决了困扰传统短距无线通信技术多年来未解决的诸如信道衰落、高速率时系统复杂度、成本高和功耗大等问题。本文首先介绍了无线通信的概念，并探讨了超宽带无线通信的发展，对超宽带无线通信技术特点进行了总结，并对包括无载波脉冲在内的几种超宽带无线通信的实现方案进行了研究，同时指出了超宽带无线通信技术中的不足之处，简要介绍了超宽带无线通信的应用情况。关键词：无线通信　超宽带　无载波脉冲中图分类号：ＴＰ３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００９）０２（ｂ）－０００２－０２

１　引言

随着社会的发展，移动通信和计算机互联网得到了巨大的发展。无线网络作为移动通信技术和计算机互联网结合的产物，将成为人们实现随时随地自由传递信息的主要手段。无线网络可以认为是综合了移动通信无线接入和互联网网络协议两方面优势的传输多媒体业务的信息传输网络。相对有线网络，无线通信最大的优点是摆脱了有线连接，与此同时也需要面对恶劣的无线信道环境和有限的频谱资源，因此，随着人们对信息传输容量和质量需求的日益增长河无线通信技术的发展，如何利用有限的频谱资源传递更多的信息，即无线网络的频谱效率成为无线网通信的核心问题之一。人们对无线通信系统的要求的不断提高，希望其提供更高的数据传输速率和低成本成本。与此同时超宽带技术引起了人们的重视，已逐渐成为无线通信领域研究、开发的一个热点，并被视为下一代无线通信的关键技术之一。本文将简要介绍超宽带技术的发展，并对超宽带无线通信相关技术的研究进行初步探讨。

２　超宽带技术发展

近几十年来，无线通信技术得到了快速的发展，人们对各种无线通信业务的需求也在迅猛增长。超宽带技术因其优良的技术特性、并可缓解日益紧张的频谱资源，在最近几年蓬勃发展。它被看作是下一代无线通信的革命性技术，正越来越受到社会各界特别是通信界和产业界的重视，超宽带将获得越来越广泛的研究和应用。超宽带技术的历史，可以追溯到１９４２年ＤｅＲｏｓａ提交的随机脉冲系统的专利。２０世纪６０年代对时域电磁学的研究进一步促进了超宽带技术的发展。早期的超宽带系统利用占用频带极宽的超短基带脉冲进行通信，所以又称为基带、无载波或脉冲系统。早期的超宽带技术主要应用于军用系统。近年来，超宽带技术开始应用于民用高速无线通信领域，并有了较大的发展和变化，产生了进行载波调制的直接序列码分多址（ＤＳ－ＣＤＭＡ）和多带时频交织正交频分复

用（ＭＢ－ＴＦＩ－ＯＦＤＭ）等多种实现方式。

“超宽带”只从信号带宽的角度来定义无线电信号，因此有多种不同的实现方式。迄今为止，超宽带无线通信系统主要有两种系统体制结构，即使超用宽频谱脉冲的单频带方式和采用较低重复频率的多频带方式。最典型的实现方式是采用冲激无线电。显然，超宽带无线电直接发射冲激脉冲串，不再具用传统的中频和射频的概念。超宽带信号的带宽主要由脉冲波形决定，一个信息符号可映射为数百个这样的脉冲。由于脉冲的宽度很窄，发射信号具有很宽的频谱。多频带方式是近几年出现的一种新型超宽带系统结构，是Ｉｎｔｅｌ等公司提出并积极倡导的一种新型的超宽带系统体制结构。多频带传输新系统是将可用的超宽带无线通信频谱划分成若干个子带，每个子带的宽度不小于５００ＭＨｚ。通信时，可以根据信息速率、系统功耗的要求以及与其他系统共存的要求等，动态地使用部分或全部的子带，通过同时发送多个不同频带的超宽带无线通信信号来提高频谱利用率。因为它们的频率不同，这些超宽带无线通信信号不会互相干扰。它们也能够避开某些特定的频带，避免干扰现有通信系统。

在国外，对于超宽带无线通信技术的研究较早，最初主要是军用超宽带无线通信技术的研究与开发，现今在商用无线通信、定位方面也展开了其应用研究。超宽带无线通信技术的实用化研究与开发方面，美国的公司与研究机构最多，英特尔公司主要研究用于ＰＣ联网的超宽带无线通信装置的产品。而Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ公司在超宽带无线通信技术领域也非常活跃，它申请了包括芯片组、板级装置和应用系统等专利。在学术研究上，美国的加州伯克利大学“伯克利超宽带研究小组”主要研究在传统的ＣＭＯＳ技术上实现超宽带无线通信收发器；南加州大学“超宽带无线电实验室”主要研究超宽带无线通信传播、天线测量与建模、超宽带无线通信与其他无线通信的共存问题、用户芯片和电路设计问题等，另外以色列的Ｗｉｓａｉｒ公司是除美国公司以外在超宽带无线通信技术研究方面走在前面的一

个，它为迅速出现的家庭和办公室环境下的无线局域网提供系统解决方案。瑞士的ＩＢＭ苏黎世研究实验室主要研究超宽带无线通信基带方面的技术与产品。还有其他很多国家纷纷投入资金和人力研究超宽带无线通信这项最有发展前景之一的新技术。我国对超宽带无线通信的研究起步较晚，研究的领域也相对较窄，还没有完全具备超宽带无线通信产品的研发和生产的能力，缺乏该技术的自主知识产权。但我国非常重视这项革命性的技术，在２００１年９月初发布的８６３计划通信技术主题研究项目中，把超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研发工作。２００４年，我国又将超宽带无线通信列入国家自然科学基金重点项目，加大研究力度且力求在该领域取得理论和关键技术的突破，构建超宽带无线通信系统，为新一代高速移动ＰＡＮ的构建奠定基础。在政府的引导下，目前国内许多高校和企业开始了超宽带无线通信的研究。其中东南大学等高校在方面的研究工作进行得比较好，有的实验室已搭建了超宽带无线通信实验系统。为推动超宽带无线通信技术的发展。

３　超宽带技术特点

超宽带无线通信系统和常规的通信系统有着本质的区别，它的脉冲的发射时间是被每个用户的接入序列控制的，用脉冲本身来携带信息而不是用传统无线通信中的载波方式，采用这些技术建立的超宽带无线通信系统的优点可以总结为首先是低耗电量，由于收发机结构简单，超宽带无线系统的耗电量很低，是原有系统耗电量１０％～２０％，大大延长了系统电源的供电时间，适合应用在移动终端和传感器网络中。其次是穿透能力强，超宽带无线系统具有很强的穿透树叶和障碍物能力，能够实现隔墙成像，填补了常规超短波信号在丛林中不能有效传播的空白，应用广泛。而且适用于窄带系统的丛林通信模型也同样适用于超宽带系统。还有多径分辨率高，占据如此宽的频谱使系统容量

①作者简介：刘翔（１９８７－１２－２４），男（汉），湖北武汉人，本科，研究方向：通信工程（ＥＥ）

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