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短距离无线通信的发展展望
电信081 严铁锋 08104127
一、引言
当设计未来的短距离无线通信系统时,我们要考虑通信的普遍特性和B3G中提到的“任何人,任何时间,任何地点”的连接性。这要求新的无线世界是现在和未来无线通信系统的综合,包括WANs,WLANs,WPANs以及Ad Hoc和家用局域网,可以连接各种不同的设备,包括计算机和各种娱乐设备。要实现这个目标,就需要新的无线技术。
本文主要介绍超宽带(Ultra Wideband,UWB)技术。超宽带技术是现在正在被广泛研究的一种新兴无线通信技术。这种技术具有高数据率(可达100Mbps~1Gbps)、低功耗和低费用等特点,为无线通信的发展开辟了新的机遇。
二、UWB的发展现状
UWB技术虽然被看作一种新技术,但这项技术已经有几十年的历史了。UWB最初的定义是来自于60年代兴起的脉冲通信技术,又称为脉冲无线电(Impulse Radio)技术。与在当今通信系统中广泛采用的载波调制技术不同,这种技术用上升沿和下降沿都很陡的基带脉冲直接通信,所以又称为基带传输(baseband transmission)或无载波(carrierless)技术。目前大多数商用的无线通信方式使用的通信载波是连续的电波,再通过某种调制方式将数据信号加载在其上。而UWB信号以非常短、非常快的脉冲形式发送(多径发送),这些脉冲经过精确计时,每个只有几个到几十个皮(毫微)秒长。所以这种技术能以较小的功耗进行数据传输。由于UWB技术的工作频宽较宽,信号发送又分布在整个信号频宽内,信号速度和容量都较高,比较适合大量数据的传输,尤其是数字多媒体信号的传送。
同时,UWB可以与其他的无线技术较好地协同工作,不容易互相干扰,因为分散传输的UWB信号强度较弱,对其他无线信号看起来就好像噪音一样。那么,对于这么弱的信号,UWB接收器又如何分辨呢?对UWB接收设备来说,真正的噪音是连续频率范围内的信号,而UWB发出的脉冲是“有形的噪音”,是时间的某种特定函数。脉冲的发送时间根据一种复杂的编码而改变,只要能够精确“定时”,就可以比较容易地从“噪音”中分离出正常的信号。 UWB技术可以根据传输的距离和所传输数据量的大小调整信号频宽和发射功率,其功耗量级为微瓦级。不过,UWB芯片组的功耗要高一些,其典型功耗大约是毫瓦量级。由于UWB无线电信号发射的冲激脉冲占空比极低,系统有很高的增益和很强的多径分辨力,所以系统容量比其他的无线技术都高。由于UWB信号的扩频处理增益比较大,即使采用低增益的全向天线,也可使用小于1mW的发射功率实现几公里的通信。如此低的发射功率延长了系统电源的使用时间,非常适合移动通信设备的应用。有研究表明,使用超宽带的手机待机时间可以达6个月,而且低辐射功率可以避免过量的电磁波辐射对人体的伤害。
三、关键技术,研究热点

从本质上讲,产生脉冲宽度为纳秒级(10-9s)的信号源是UWB技术的前提条件,单个无载波窄脉冲信号有两个特点:一是激励信号的波形为具有陡峭前后沿的单个短脉冲,二是激励信号包括从直流到微波的很宽的频谱。目前产生脉冲源的两类方法为:(1)光电方法,基本原理是录用光导开关的陡峭上升/下降沿获得脉冲信号。由激光脉冲信号激发得到的脉冲宽度可达到皮秒(10-12s)量级,是