超宽带无线传输通讯网络技术分析

超宽带无线传输通讯网络技术分析

徐伟光 李建

广州杰赛科技股份有限公司，广州 510310

摘要：超宽带技术具有高速率、低成本、低功耗的特点，因此其被视为短距离、高速无线通讯最具开发潜力的物理层技术之一。因此，建立和完善超宽带无线通讯理论，并对其关键技术进行分析具有非常重要的理论与实践意义。本文从脉冲信号的设计、超宽带信号编码和调制方式、超宽带信号的检测等多个方面详细的对超宽带无线传输通讯网络技术进行了分析，为对于该领域的研究提供了理论依据。

关键词：超宽带；无线传输；通讯网络；技术分析

超宽带技术是近年发展很快的一种无线通讯新技术，超宽带的特点使其信号的-1OdB相对带宽超过20%，或绝对带宽超过5OOMHz。超宽带技术具有高速率、低成本、低功耗的特点，因此其被视为短距离、高速无线通讯最具开发潜力的物理层技术之一。超宽带无线通讯系统具有广泛的应用前景，将成为未来无线网络的重要组成部分。目前，超宽带技术在商业多媒体设备、无线传感器网络、无线定位、家庭和个人网络、智能交通系统等诸多领域已经得到了广泛的应用。因此，建立和完善超宽带无线通讯理论，并对其关键技术进行分析具有非常重要的理论与实践意义。

一、脉冲信号的设计

脉冲信号的波形将贯穿整个超宽带无线传输通讯网络系统,并且会直接影响到系统的发射和接收性能。超宽带系统的载波是极窄脉冲,能量分布在很宽的频谱上,因此为了使信号和原有常规窄带系统信号共享已有的频谱,就必须确保信号对原有窄带用户不造成干扰。随着对超宽带系统的重新定义和频率资源分配，使得原有的脉冲信号波形的设计方法无法进行使用，因此,必须按照新规范重新考虑超宽带脉冲信号波形设计方案。目前信号的波形有高斯脉冲、瑞利脉冲、拉普拉斯脉冲和三次方脉冲等。相关的研究重点是如何实现灵活脉冲波形及频谱,改善频谱共享,实现低复杂度的软谱自适应技术，其中就包括基于正交波形的小波函数、椭球波函数等波形的设计技术。

二、超宽带信号编码和调制方式

超宽带信号的频谱宽且功率受限,接收端信噪比很低,所以对编码和调制方式的选择既要较高的功率利用率,还要考虑信噪比来提高频谱利用率。根据仙农定理,信道一般具有特定的理论容量,可以采用一定的编码技术来逼近信道容量的理论极限。目前常用的调制方式有脉冲位置调制、相位调制、脉冲幅度调制、多电平双正交键控、差分调制。目前大多采用的是自适应编码调制系统,就是根据信道的情况确定当前信道的容量,根据容量确定合适的编码调制方式,最大程度地发送信息,实现比较高的速率,同时提高链路的频谱效率,实现更低的误码率,并保持较低的发射功率。

三、超宽带信号的检测

由于超宽带无线系统的辐射信号具有超宽频带和极低功率谱密度两大特点,这使得对应的超宽带接收系统性能要求非常高,高性能接收系统是实现超宽带通讯的关键。由于密集多径的影响,信号能量分散于各多径分量中,为提高接收性能,需要考虑多径能量的分集接收,如何实现结构尽可能简单的高性能接收对系统设计者也是一个挑战脉冲信号受到收发天线和传输信道的影响出现脉冲畸变导致难于实现准确的相关接收,因此需要考虑采用相应的均衡技术来消除脉冲畸变影响。由于部分多径能量相对较小,多径数目较大,使得基于时域的超宽带信号检测复杂度较高,研究变换域信号检测方法就成为超宽带系统的关键技术。

四、超宽带系统的同步捕捉技术

与传统的窄带系统一样,对于超宽带无线通讯系统中的同步捕获技术也面临着极其巨大的挑战。由于载体是占空比低的窄脉冲,因此搜索空间的增加导致捕获过长,另外在室内环境下,由于多径效应,对主路径的捕获易于出错,这些对设计同步捕获方案造成了极大的难度。目前,比较成熟的同步捕获方案是基于接收机的相关方法以及匹配滤波算法。利用接收机来分级接收多径信号,使之能量足够大利用相关方法使本地模板与接收信号进行最大相关,使接收信号在短时间内被高精度地捕获。研究基于现有信道模型下的同步捕获算法是超宽带通讯系统中急需解决的问题。

五、超宽带系统天线理论

超宽带通讯系统的辐射信号频率高、带宽大,很多情况下直接完成窄脉冲的收发,同时实际应用又对设备功耗和信号辐射功率谱密度提出了严格要求,这对超宽带通讯系统的收发天线提出了苛刻的性能要求。高性能、小型化、暂态性能好的超宽带天线,尤其是脉冲天线理论与实现技术成为超宽带无线系统研究的热点问题。

六、超宽带系统与窄带系统的兼容与共存

超宽带系统的载体是频谱极宽的窄脉冲,这样的系统工作时与已有窄带系统频谱共享,系统共存是超宽带技术应用中急需解决的问题。室内密集多径环境中超宽带脉冲信号的频谱理论和同频段干扰特性是目前研究的热点。而通过算法设计系统参数及设计滤波器、限波器来抑制干扰是也是超宽带系统与窄带系统的兼容与共存的另一种方式。另外也可以采用软频谱概念结合超宽带信号波形设计进行超宽带时域脉冲波形及其频谱特性的方式,提高系统的共享频谱和抗干扰能力。

七、超宽带信号的传播特性

与常规无线宽带接入系统设计一样,在短距离高速无线超宽带接入系统实现过程中,必须充分了解超宽带信号的传播信道特性,建立适合特定系统设计的室内及室外不同环境下,既与实测数据相符,又便于进行理论分析和仿真的信道模型。对于加强超宽带信道的测试技术,建立信号传播特有的模型的研究也很有必要。另外超宽带系统多采用窄脉冲作为信息载体,这些宽频谱信号的不同频率成分在信道中会产生不同畸变,对信号的高性能接收过程中必须充分考虑到信号失真的影响,因此有必要研究脉冲信号在不同媒质内的传播特性以及同一媒质中不同脉冲信号的传播特性。

八、结语

随着我国综合国力和经济发展水平的不断提高，信息产业的发展也进入了一个高速发展的新阶段。超宽带技术由于有着特有的优势，其已经成为短距离高速率无线通讯领域的最佳候选技术之一。其在各种不同领域中的运用也已经得到了使用者与消费者的普遍认可。超宽带无线通讯技术作为目前一种比较好的无线通讯技术,其发展和运用势必会给人们的生活带来极大的改变，因此相关技术人员还应加大对该领域的研究力度，为我国建立信息型社会，促进经济的发展贡献自己的力量。

参考文献：

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[2]周勇.超宽带无线通讯技术发展[J].数字通讯世界,2018(12):42.

[3]王鹏程.超宽带无线传输通讯网络技术探秘[J].中国新通讯,2018,20(16):89.