摘要：介绍了超宽带（uwb）无线通信技术的基本概念和主要的实现方案，对其中的关键技术现状进行了剖析，并简要说明了超宽带两种候选标准的特点。

    关键词：超宽带 无线通信 同步

    随着各种无线通信系统相继出现，可利用的频谱资源日趋饱和，使超宽带技术引起了人们的广泛重视。2002年2月fcc对超宽带使用发布无许可证使用后，超宽带技术迅速成为国际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。

    所谓超宽带，根据fcc的定义，是指信号的-10db相对带宽大于0.2，或绝对带宽不小于500mhz。其中相对带宽是指

    ffoc=2(fh-fl)/(fh+fl) (1)

    这里fh、fl分别对应上限和下限频率。为了不影响频谱范围内的其它通信系统，超宽带系统的发射功率受到了严格的限制。在室内通信的3.1ghz～10.6ghz频段内，信号功率严格规定要低于0.56mw，对应41.3dbm/mhz，如图1。

    uwb无线通信的历史可以追溯到1942年rosa提交的随机脉冲系统的专利，从其出现到二十世纪90年代之前，uwb技术主要采用其最初的脉冲形式。早期的uwb系统利用频带极宽的超短脉冲进行通信，通常又称为基带、无载波或脉冲系统。近年来，开始用于民用高速无线通信领域，并有了较大的发展和变化，产生了载波调制的直接序列码分多址和多载波正交频分复用等多种实现方式。

    窄带与宽带系统相比，超宽带的特点是：

    （1）共享频谱。uwb不是独点新的频谱，而是与其它系统共享频谱，在7500mhz的大带宽内，通过严格限制发射功率，从而避免了对其它系统的干扰。这样的频谱使用方式，在频谱资源日益稀缺的今天具有重要意义。

    （2）速率高、成本低、功耗低。uwb通信采用冲击脉冲形式，因为是带宽传输，系统相对简单；而低占空比使系统功耗很低；uwb极宽的频谱，使uwb系统传输速率可达1gbps以上，在目前的无线通信技术中，只有uwb技术可以满足构建无线多媒体家域网的要求。

    （3）信号衰减较小，穿透力强。采用基带窄脉冲形式的uwb信号，具有适当波形的uwb脉冲具有较强的定向性，衰减很慢。另外，由于基带窄脉冲中含有较多的低频分量，所以在室内传播悍可顺利地穿过墙壁等一般的障碍物。

    （4）低侦听率。uwb信号的功率谱密度非常低，信号难以被检测到，再加上采用的跳频、直接序列扩频等多址接入技术，使非授权者很难截获传输信息，因而安全性非常好。

    （5）抗多径能力强。由于冲击脉冲持续时间极短，而占空比很大，这一传输方式具有良好的多径分辨性，使rake接收容易实现。

    1 无载波方案

    无载波脉冲方案为uwb通信的传统方式，信息由冲击脉冲携带，单脉冲的宽度极窄，一般在亚纳秒级，且占空比相当小，为1%，甚至为0.1%，具有极强的多径信道分辨能力，使无线室内通信环境中，密集多径信道的分离和处理成为可能。

    1．1 波形设计

    尽管无载波超宽带的平均功率相当低，但考虑到其极低的占空比，峰值功率有可能很大，因此，需要对传输波形进行优化设计。波形选择通常有方波、高斯形等，其中高斯形脉冲类似于单周正弦波，频谱结构中直流及接近直流的频谱成为分较弱，有利于极窄脉冲信号的传输，接收端易于相关检测与识别，使用较多。在无载波脉冲uwb通信中，收发端的天线对输入信号分别有一次微分效应，这一点将直接影响接收模板的信号设计。

    典型情况下，经过收发天线和信道传播，接收部分收到的脉冲信号为单周高斯脉冲，接收天线处的输出信号的时域波形如图2所示，函数形式为：

    其中，σ为脉冲的有效持续时间长度，超宽带通信中的发射信号s(t)对于捕获部分而言，将等效为：

    其中，tf为脉冲发射间隔时间