針對室內高速無線傳輸環境，介紹了超寬帶傳輸新技術。研究了UWB應用于室內無線傳輸時信號波形設計、調制方式、多址技術、信道特性與系統構成等方面的特點及存在的問題。通過分析比較：采用高斯信號波形，進行脈沖位置調制方式及跳時技術，UWB能夠在誤碼率、系統實現等方面取得較好的性能。
關 鍵 詞 超寬帶; 通信; 無線; 傳輸; 脈沖

隨著無線通信技術飛速發展，給人們日常生活帶來極大的便利，同時，人們對無線通信也提出了更高的要求，要求其能夠提供更高的傳輸速率和傳輸質量。特別是近年來無線因特網、無線局域網、無線個人區域網等概念的提出，要求能夠在室內環境下無線數據傳輸速率達到100 Mbps，以構建個人化的信息網絡系統。在室內環境下實現如此高的無線傳輸速率， 超寬帶(Ultra WideBand, UWB)技術是一個非常有競爭力的方式。它起源于20世紀60年代，原來主要應用于雷達、定位等系統。由于其獨有的特性，特別是室內短距離無線多址通信方面，超寬帶通信技術近年來受到學術界和產業界的廣泛研究和關注。尤其是美國聯邦通信委員會(Federal Communications Commission, FCC)在2002年2月開放了3.1～10.6 GHz頻段進行UWB短距離通信之后，加快了UWB技術在室內高速無線通信的研究和應用。UWB具有頻譜寬、功耗低、成本低、傳輸速率高等特點，被列為未來通信的十大技術之一[1]。

1 UWB技術
1.1 UWB技術的優點
UWB傳輸技術，也稱脈沖傳輸技術，通過對非常窄(往往小于1 ns)的脈沖信號進行調制獲得非常寬的
帶寬來傳輸數據。FCC關于UWB的定義為[2]()20HLcfff?>% (或者總帶寬 > 500 MHz)
式中 fH , fL分別為功率較峰值功率下降10 dB時對應的高端頻率和低端頻率，而不是通常所定義的3 dB帶寬，fc為載波頻率或中心頻率。
根據Shannon信道容限公式 )1(log02BNPBC+= (1)
式中 B為信道帶寬，N0為高斯白噪聲功率譜密度，P為信號功率。由式(1)得知，一是通過增加信號功率P的方式，增加信道容量，另一是通過增大傳輸帶寬來實現。UWB技術就是通過后者來獲得非常高的傳輸速率。另外，采用UWB技術進行無線傳輸，具有如下優點：1) 低功耗。由于傳輸帶寬很寬，所以即使發射功率很低，也能夠做到高速傳輸；2) 保密性好。由于能量分布在非常寬的頻帶上，功率低，使其具有低截獲概率；3) 抗多徑衰落。由于UWB通信采用窄脈沖信號，通常多徑信號在時間上可分辨，不會出現多徑信號之間相互抵消中的情況，另外還可以采用Rake接收等方式合并多個路徑信號，來提高信號輸出質量；4) 較低的系統復雜性和成本。通常采用無載波傳輸，UWB系統幾乎可以做成全數字化；5) 對現有窄帶通信系統有很低的干擾。不過，UWB通信系統由于帶寬很寬，如果在室外無線環境中傳輸，信道條件復雜，另外隨著傳輸距離的增大，就會要求增大發射功率，這樣也會對現有通信系統(包括現有的全球定位系統GPS)產生一定的干擾[3]，所以UWB通信主要用于室內無線傳輸。
1.2 UWB通信系統常用波形及功率要求
在UWB通信系統中，窄脈沖信號的產生非常關鍵，一般可以用光導開關來完成，另外窄脈沖信號的波形對通信系統性能有重要影響，常用的窄脈沖信號波形有高斯脈沖、一階高斯微分和二階高斯微分，其信號波形分別為式中 Ep為脈沖能量, τ為脈沖寬度，Tc為時移量。典型波形及其功率頻譜如圖1、圖2所示，圖中脈沖能量Ep為1，時移量Tc為0.5 ns，脈沖寬度τ為0.2 ns。通過改變脈沖寬度τ來獲得不同帶寬的信號。
其他脈沖形狀還有正弦脈沖、Manchester脈沖、方波等，二階高斯微分信號在AWGN信道的誤碼率性能較好。不過，無論采用何種脈沖信號傳遞數據信息，其信號的能量輻射必須滿足FCC相關規定的要求，在3.1 GHz～10.6 GHz頻帶的功率譜密度滿足?41 dBm/MHz，以減少對現有其他系統的干擾。FCC對室內UWB通信的能量輻射要求如圖3所示。
1.3 UWB通信系統調制及多址方式
在現有的UWB系統中，常用的調制方式主要有PPM、雙極性信號(如BPSK)、脈沖幅度調制、通斷鍵控、正交調制以及這些調制方式的結合方式[4]。