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　　超宽带其实有着悠久的发展历史,可以追述到一百年前波波夫、马可尼发明越洋无线电报的时代。现代意义上的超宽带UWB (UltraWide Band)出现于上世纪90年代,但是它的应用仅仅局限于军事、灾害救援等方面。直到1989年美国国防部高级研究计划署(DARPA)才首先采用了超宽带这一术语,并对它的定义做了明确的规定:若信号在- 20dB处的绝对带宽大于115GHz或相对带宽大于25 % ,则该信号为超宽带信号。到了2002年2月14日,这项无技术首次获得了美国联邦通信委员会(FCC)的批准用于民用通信,从而引起了世界各国的广泛关注。

　　分辨率多媒体服务的需要。UWB通信技术另外一个非常有应用前景的方面就是数字家庭网络。数字家庭网络近来越来越受到业界和用户的关注。那什么是数字家庭网络呢?简单来说就是将家庭中的全部或大部分电子产品连成网络。UWB的到来将促使家庭数字网络无线时代的到来。当然现在离这一步还比较远。UWB信号在短距传输时非常快,但距离一旦增加到10m就变慢了,而且UWB还存在其他方面的不足。但是无论如何, UWB为数字家庭无线网络的实现提供了一条很有希望的途径。UWB现在的应用领域十分广泛,除了上面提到的地方还有像卫星通信、医疗检测等一些领域。另外,目前, intel公司正在进行研究和开发,以便将UWB集成到个人电脑芯片组中。

　　多址( TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术。主要业务是语音,其主特性是提供数字化的话音业务及低速数据业务。它克服了模拟移动通信系统的弱点,话音质量、保密性能得到大的提高,并可进行省内、省际自动漫游。第三代移动通信技术(32G)有更宽的带宽,其传输速度最低为384K,最高为2M,带宽可达5MHz以上。不仅能传输话音,还能传输数据,从而提供快捷、方便的无线应用,如无线接入Internet。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另一个主要特点。第四代移动通信系统的提供便是希望能满足提供更大的频宽需求,满足第三代移动通信尚不能达到的在覆盖、质量、造价上支持的高速数据和高

　　在短距通信中, UWB以非常宽的频率带宽和很低的功率谱密度来换取高速的数据传输,传输速率可以达到500Mbit/ s ,甚至超过1Gbit/ s。

　　UWB采用极窄脉冲直接激励天线,不像传统的无线通信在发射信号时需要连续发出载波,这样就大大减少了耗电量。

　　UWB系统辐射谱密度极低,因此UWB信号对窄带系统的干扰可以视作白噪声。同时,极低的辐射谱密度使UWB信号具有很强的隐蔽性,很难被截获。而且采用编码对脉冲参数进行伪随机化后, UWB信号的检测将更加困难。

　　比较以上4种不同调制方式的功率效率,OOK和PPM具有相同的功率效率; PAM效率稍差些;而对于跳时多址接入系统,在相同用户数的情况下, PAM的性能明显优于PPM[11 ] ;BPSK对于相同的比特能量有最大的符号间距,在获得相同误码率的情况下与其余3种调制方式相比效率最高。

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　　根据Shannon信道容量公式,在高斯信道中,系统无差错传输速率的上限为:C=B×log2 (1 SNR)其中B为信道带宽, SNR为信噪比。这个公式说明当传输系统信噪比下降时,可增加系统传输带宽以保持信道容量不变。正因为这样,通信技术一步步由点频通信到跳频通信,再到扩频通信,发展到现在的UWB通信。

　　值得一提的是,在UWB ad2hoc网络应用中,Horie W和Sanada Y提出了一种可变扩频因子的直接序列扩频码分多址(DS2CDMA)方案[14 ] ,为保证接收信号单位比特信噪比恒定,扩频因子的增加应和信号传输距离的平方成正比,这样可以实现各种距离的高速数据传输。然而,随着距离的增加,丢包数随之增加。为了解决这一问题,需要使用MAC协议。而采用多信道载波检测多址接入(CSMA , CSMA协议是MAC协议的一种)方案[15～17 ] ,分配专用信道用于载波检测,可以较好地解决这个问题,但却降低了系统性能。Horie W和Sanada Y又提出了采用特定组合扩频码用于载波检测的CSMA方案[18 ] ,改善了系统性能。另外,在2004年5月的UWB技术国际专题研讨会上,展示了日本的NICT与NEC公司等共同研制的采用BPSK调制方式的UWB技术[19 ] ,数据传输速度可达100 Mbps ,因为没有使用模数转换器,电路结构较简单。

　　虽然UWB无线通信技术的标准还在制订中,可是在学术界、产业界特别是FCC的大力支持下,UWB终于迎来了自身发展的良好机遇。已有多项UWB方面的专利和多种UWB产品问世,在军事和民用领域都取得了前所未有的发展。UWB的潜在应用价值及巨大市场前景已得到业界普遍共识,但机遇与挑战共存,UWB也带来了许多新的、挑战性的课题及值得探索的研究方向。因为UWB是一种与现存无线通信系统共享频带的技术,UWB设备与传统窄带业务之间的兼容性及如何共存是非常有现实意义的研究方向。国际电联第一研究组( ITU2RSG1)于2002年召开的全体会议上,确立了关于“使用超宽带的无线电设备与无线电通信业务之间兼容性”的研究课题。而且ITU2R已成立了TG 1/ 8小组,专门负责有关UWB电磁兼容等国际标准的制订。近来, ITU2R SG1国内对口研究组也正在积极开展UWB电磁兼容方面的研究工作,例如,国家无线电监测中心和北京邮电大学等合作设立了这方面的研究课题,对在我国开展这方面的研究起到了很好的促进作

　　当今世界已进入高速发展的信息网络时代，其中最为活跃和发展最快的当属无线网络和Internet，二者常被称为天地两大网。Internet以光纤、电缆和电话线为传输媒质，把成千上万的计算机和智能终端连接成网，可传输数据、图像、话音（IP电话）等多媒体信息，目前正向以IPv6为主要协议的下一代互联网（NGI）发展。无线用户要接入Internet，Internet用户希望在移动中享受Internet服务，只有这两大网络互相补充和发展，人们才会享受到更加便捷、业务多样、更高速率和个性化的宽带多媒体信息服务。因此，宽带无线通信技术受到国内外的广泛重视，并投入巨资进行开发和研究。宽带无线通信技术包括宽带移动通信技术和宽带固定无线接入技术。移动通信网大约3～5年发生一次大的变革，现已经历了第一代、第二代，目前发展到第三代（3G）,3G在部分国家和地区已经开始运行，第四代（4G）的标准和关键技术研究已全面展开。3G网络中可传输数据、图像、话音等多媒体信息，成为Internet宽带无线接入的重要技术。宽带固定无线接入是目前宽带接入技术的重要组成部分，并将成为下一代网络（NGN, NextGeneration Network）、下一代宽带无线（NGBW, Next Generation BroadbandWireless）及3G演进的重要接入与传送支撑技术。本文着重从宽带固定无线接入和宽带移动通信系统两个方面介绍宽带无线通信系统的现状与发展，同时还简述了目前引起广泛关注的超宽带（UWB）和自由空间光(FSO)通信技术。

　　为进一步提高数据速率，UWB应用超短基带丰富的GHz级频谱，采用安全信令方法 (Intriguing Signaling Method)。基于UWB的宽广频谱，FCC在2002年宣布UWB可用于精确测距，金属探测，新一代WLAN和无线通信。为保护GPS，导航和军事通信频段，UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB发射功率。

　　调制技术是影响超宽带无线通信系统性能指标的关键因素之一,故调制方式的选择至关重要。影响调制方式选择的因素有两方面[4 ]。第一,调制方案的选择必须保证较高的功率,即对于给定的单位比特能量调制必须提供最佳的性能,减少误码。第二,传统的窄带系统是带宽受限,而UWB系统是功率受限,这个根本区别影响到UWB系统的调制方式和编码技术的选择,调制方式的选择影响信号功率谱密度,要求调制信号具有平的功率谱分布。目前,UWB采用的调制方式有M状态Walsh码调制[5 ]、脉位调制(PPM) [6 ]、脉冲幅度调制(PAM) [7 ]、通断键控(OOK)调制[8 ]及二进制移频键控(BPSK)调制[9 ,10 ] ,而BPSK又分为跳时(TH)二进制移频键控调制和直扩(DS)二进制移频键控调制。其中PPM、PAM、OOK及BPSK比较常用,这4种不同的超宽带脉冲调制信号波形如图2所示。

　　全面考虑多址性能、实现难易、可靠性及有效性等多方面因素,UWB系统目前广泛采用的是TH2PPM及TH/ DS2BP2SK,其区别在于[12 ]以下两方面。

　　极短窄带脉冲在空间和时间上都不容易重叠,因此UWB信号具有很强的多径分辨能力,从而UWB系统也具有很强的抗衰落能力。同时UWB信号还具有极强的穿透能力,无论在室内或地下都可以精确定位,其定位精度可达厘米级,而且费用也比全球定位系统(GPS)低。

　　UWB(Ultra-Wideband)超宽带，一开始是使用脉冲无线电技术，此技术可追溯至19世纪。后来由Intel等大公司提出了应用了UWB的MB-OFDM技术方案，由于两种方案的截然不同，而且各自都有强大的阵营支持，制定UWB标准的802.15.3a工作组没能在两者中决出最终的标准方案，于是将其交由市场解决。至今UWB还在争论之中。UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至GHz，不需常规窄带调制所需的RF频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时间间隔在10 - 100 ps级。频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特征来调整。UWB信号在时间轴上是稀疏分布的，其功率谱密度相当低，RF可同时发射多个UWB信号。UWB信号类似于基带信号，可采用OOK，对映脉冲键控，脉冲振幅调制或脉位调制。UWB不同于把基带信号变换为无线射频 (RF) 的常规无线系统，可视为在RF上基带传播方案，在建筑物内能以极低频谱密度达到100 Mb/s数据速率。

　　超宽带(UWB) 通信技术是近来研究的热点, 本文具体介绍了UWB 的概念及特点, 并

　　UWB应用超短基带丰富的GHz级频谱，采用安全信令方法。基于UWB的宽广频谱， UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB发射功率。

　　首先简要介绍了超宽带(UWB) 的系统性能特点及UWB 的调制与多址接入技术,然后着重讨论了UWB的最新进展,包括: IEEE 802. 15. 3a UWB 多径信道模型,UWB 的多入多出(MIMO) 系统,UWB 的正交频分复用(OFDM)系统以及定位于低速无线个域网(LR - WPANs) 的802. 15. 4a 标准。最后提出几个值得探索的研究方向,如:寻求一种新的适合分析非正弦窄脉冲的UWB 系统的无线通信理论等。

　　由于UWB信号具有高速、保密性好,抗截获能力强的优点,所以UWB在军事通信中有广泛的应用。而军事通信也是UWB信号应用得最早和应用得比较成熟的方面。具体的应用如战术组网、保密数据接力和单兵作战、地面穿透雷达、雷达跟踪、精确定位等。UWB通信技术现在研究得比较热的方面就是其在移动通信领域的应用。首先UWB系统具有耗能低的特点,如果将其用到移动通信领域中,很直接的一点就是它将大大提高我们mobile的待机间。另外从移动通信的发展过程不难看出,它希望能满足提供更大频宽的需求,以便提供更为完善和多样化的多媒体服务。第一代移动通信技术(1G)主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。由于受到传输带宽的限制,不能进行移动通信的长途漫游,只能是一种区域性的移动通信系统。第二代移动通信技术(2G)主要采用的是数字的时分