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摘要：作为一种新型的技术，超宽带有无限的利用可能性。虽然现在尚处于研发阶段，而且理论转化为实际技术的问题也大量存在，但其广阔的应用前景是非常明显的。未来电子设备的智能化倾向，对短距离无线通信的要求越来越强烈，超宽带技术对于解决这种需求是非常有效的一种技术途径。因此，未来还需要大量的相关研究进行理论指导，同时也需要大量的综述性研究。
关键词：超宽带；无线通信；技术应用
中图分类号：TN925
超宽带（UWB， Ultra Wideband）的核心是冲击无线电技术，即用持续时问非常短（亚纳秒级）的脉冲波形来代替传统传输系统的持续波形。最早应用超宽带技术的部门是美国军方，直到后来才统一了对它的认识和限定。超宽带与常见的通信方式的不同之处在于，现在常用的通信技术使用的是连续的载波，而超宽带技术采用的是极短的脉冲信号，平均来看，每个脉冲信号的持续时间都非常短，通常只有几十皮秒到几纳秒，但是这些脉冲所占用的带宽甚至高达几吉赫。因此最大数据传输速率可以达到几百兆比特每秒。
一、UWB接收机关键技术
超宽带的信号传输受到大尺度路径损耗、阴影效应、小尺度多径衰落等因素的影响，因此，到达接收机的信号波形存在严重的失真，同时，信號还可能受到多址十扰、窄带十扰和背景噪声的影响。因此，UWB的研究与开发需要解决如下关键技术，接收机技术、同步技术和信道估计。
1.1 Rake接收机
当信道为频率选择性衰落信道时，对于发信号的宽带特性，收信号r（t）具有内在的多径分集。在此情况下，Rake接收机可利用分集技术，从可分辨的多径信号中构筑合并的脉冲波形，以提高传输特性。
1.2定时同步技术
目前UWB系统的定时同步方法分为两大类：①数据辅助的定时同步，该方法借助于事先设计的导符号训练序列进行定时捕获和跟踪，采用的训练序列有M序列、Uold序列、巴克码等，这类同步方法的优点是捕获速度快、跟踪精度高，但在系统带宽效率和功率效率上付出的代价较大；②自定时同步（Non-dataAided），该方法借助于超宽带信号内在的循环平稳特征进行定时捕获和跟踪，不使用任何预知的训练符号，这种方法在系统带宽效率上高于数据辅助的同步方法，但捕获速度和同步性能有所下降，自同步方法结合串行搜索比较适合于低成本、低功耗的低速网络。
1.3信道估计技术
信道估计问题是UWB接收技术中的关键问题之一。在基于脉冲的UWB系统中，采用Rake接收机合并多径信号能量并进行相十检测，信道估计问题即估计多径信号的到达时问和幅度。在基于OFDM的UWB系统中，接收机根据信道频域响应对每个子信道进行频域均衡后进行相十检测，信道估计问题即估训一信道频域响应。根据利用的先验信息分类，现有的信道估计方法分为：①数据辅助（Data-aided）的信道估计，这种方法利用己知的训练符号进行信道估计，具有估计速度快的特点，但其频谱利用率和功率利用率受到了一定影响；②自（Blind）信道估计，这种方法不需要训练符号，而是利用信号自身的结构特点或数据信息内在的统计特征进行信道估计，其缺点是计算复杂度高、收敛速度慢。
二、UWB技术的应用
高速WPAN的主要口标是解决个人空问内各种办公设备及消费类电子产品之问的无线连接，以实现信息的快速交换、处理、存储等。
2.1在家庭应用方面，随着技术的不断进步，家用电器范畴的不断扩大，利用UWB技术为这些设备提供高速无线连接，使各种设备在小范围内组成自组织式网络，相互传送多媒体数据，并可以通过安装在家中的宽带网关接入英特网。
2.2在办公室，办公桌上的个人电脑与各种外设之问通过错综复杂的线路相互连接。如果采用UWB技术将它们以无线的方式连接起来，则将改善线路连接情况，且这些设备可以在房问内自由地移动位置，当然这类应用一般只需要支持2 m^}4 m的传输距离，但速率要求可以从几万比特至几百兆比特每秒。
2.3 UWB技术还可应用于会议室等场所。参会人员坐在会议室中，能够利用自己的便携式电脑组建临时性的自组织网络，既可以共享演示文档，也可以共享投影仪和打印机等设备。目前很多关于IEEE802. 15的研究都集中于高速数据的传输。但是在生活中，我们并不总是随时随地。
2.4 UWB的不足与改进 。单频段单脉冲方式不能很好地满足美国联邦通信委员会（FC'C'）制定的关于民用UWB产品的技术规范，主要存在以下两个问题：①频谱不能允分利用所规定的矩形部分，由于商用超宽带设备是一个功率受限的系统，故这个问题将会影响到它的覆盖范围；②由于超宽带系统占据广阔的频率范围，其中包括蜂窝电话、蓝牙、卫星等传统无线通信系统的频段，为了避免相互干扰，在单脉冲单频段超宽带系统中需要在发射端和接收端均增加滤波器，以避免超宽带系统对传统无线系统的影响。
多频带脉冲调制方式是一种改进的超宽带调制方式。该调制方式第一次出现在Intel公司于2003年3月向IEEE802. 15. 3任务组提交的高速WPAN物理需要高速的数据传输，比如对冰箱、微波炉、电灯、通风系统、热水器等家用电器进行控制所需要的控制信息就很简单。在家庭应用中，可以应用I，R- WPAN组成家庭电器控制网络，通过中心控制器将各个电器、开关、通风系统和插座组网，实现家庭智能控制的功能，方案中。Intel递交的这份方案的特点有：把可用的频带划分为多个子带，每个子带的带宽大于500MHz；系统可以根据数据速率、十扰、当地频谱规定等等因素选择部分或者全部子带进行传输；还能以合适的调制方式使用多个子带。
三、UWB的开发及发展前景
3.1超宽带天线的发展
超宽带的关键技术之一是天线设计。根据天线传输理论，不同频率的电磁波有效发射的天线尺寸和波长有关，由于超宽带信号占据极宽的频带，就必须考虑兼顾不同频率的信号，对天线的设计不能采用窄带通信的天线设计理论。
超宽带系统的天线在极宽的频带上很难一直都有很好的匹配阻抗。天线的发射效率和发射图案对发射的脉冲具有空问和时问的滤波作用。对于超宽带信号的不同频率分量，超宽带天线的辐射特性是不一样的。在考虑信道模型的时候必须考虑天线的影响，所以在工业界也曾有一种用天线的特性来定义超宽带的建议，就是因为天线设计是关系到整个超宽带系统性能的一个关键技术步骤。
3.2超宽带芯片设计
超宽带技术的优点之一是结构简单，超宽带接收扫 L可以用几个芯片，甚至单个芯片实现。口前很多公司在进行超宽带芯片的设计，比较著名的有飞思卡尔（Freescale）公司、Time Dpmain公司等。这些公司在超宽带技术的开发方面走在了前列，他们开发的芯片有些己经在军事和政府部门得到应用。其中飞思卡尔半导体公司在802. 15. 3a芯片的开发中领先。到口前为止，飞思卡尔是唯一家为无线连接应用提供商用化UWB方案的半导体制造商。飞思卡尔的芯片组XS110于2002年2月获得FC'C'原有UWB规则认证，该芯片使用DS- UWB方案，每秒的数据传输率可达110 Mbit，可在10 m的范围内进行多条高清晰度视频流传输。
参考文献：
[1]乔永伟. 超宽带（UWB）无线通信系统的同步及解调算法研究[D]. ： 北京邮电大学，2009.
[2]宁静. 超宽带（UWB）与现有无线通信系统共存性的研究[D]. ： 汕头大学，2007
关键词：超宽带；无线通信；技术应用
中图分类号：TN925
超宽带（UWB， Ultra Wideband）的核心是冲击无线电技术，即用持续时问非常短（亚纳秒级）的脉冲波形来代替传统传输系统的持续波形。最早应用超宽带技术的部门是美国军方，直到后来才统一了对它的认识和限定。超宽带与常见的通信方式的不同之处在于，现在常用的通信技术使用的是连续的载波，而超宽带技术采用的是极短的脉冲信号，平均来看，每个脉冲信号的持续时间都非常短，通常只有几十皮秒到几纳秒，但是这些脉冲所占用的带宽甚至高达几吉赫。因此最大数据传输速率可以达到几百兆比特每秒。
一、UWB接收机关键技术
超宽带的信号传输受到大尺度路径损耗、阴影效应、小尺度多径衰落等因素的影响，因此，到达接收机的信号波形存在严重的失真，同时，信號还可能受到多址十扰、窄带十扰和背景噪声的影响。因此，UWB的研究与开发需要解决如下关键技术，接收机技术、同步技术和信道估计。
1.1 Rake接收机
当信道为频率选择性衰落信道时，对于发信号的宽带特性，收信号r（t）具有内在的多径分集。在此情况下，Rake接收机可利用分集技术，从可分辨的多径信号中构筑合并的脉冲波形，以提高传输特性。
1.2定时同步技术
目前UWB系统的定时同步方法分为两大类：①数据辅助的定时同步，该方法借助于事先设计的导符号训练序列进行定时捕获和跟踪，采用的训练序列有M序列、Uold序列、巴克码等，这类同步方法的优点是捕获速度快、跟踪精度高，但在系统带宽效率和功率效率上付出的代价较大；②自定时同步（Non-dataAided），该方法借助于超宽带信号内在的循环平稳特征进行定时捕获和跟踪，不使用任何预知的训练符号，这种方法在系统带宽效率上高于数据辅助的同步方法，但捕获速度和同步性能有所下降，自同步方法结合串行搜索比较适合于低成本、低功耗的低速网络。
1.3信道估计技术
信道估计问题是UWB接收技术中的关键问题之一。在基于脉冲的UWB系统中，采用Rake接收机合并多径信号能量并进行相十检测，信道估计问题即估计多径信号的到达时问和幅度。在基于OFDM的UWB系统中，接收机根据信道频域响应对每个子信道进行频域均衡后进行相十检测，信道估计问题即估训一信道频域响应。根据利用的先验信息分类，现有的信道估计方法分为：①数据辅助（Data-aided）的信道估计，这种方法利用己知的训练符号进行信道估计，具有估计速度快的特点，但其频谱利用率和功率利用率受到了一定影响；②自（Blind）信道估计，这种方法不需要训练符号，而是利用信号自身的结构特点或数据信息内在的统计特征进行信道估计，其缺点是计算复杂度高、收敛速度慢。
二、UWB技术的应用
高速WPAN的主要口标是解决个人空问内各种办公设备及消费类电子产品之问的无线连接，以实现信息的快速交换、处理、存储等。
2.1在家庭应用方面，随着技术的不断进步，家用电器范畴的不断扩大，利用UWB技术为这些设备提供高速无线连接，使各种设备在小范围内组成自组织式网络，相互传送多媒体数据，并可以通过安装在家中的宽带网关接入英特网。
2.2在办公室，办公桌上的个人电脑与各种外设之问通过错综复杂的线路相互连接。如果采用UWB技术将它们以无线的方式连接起来，则将改善线路连接情况，且这些设备可以在房问内自由地移动位置，当然这类应用一般只需要支持2 m^}4 m的传输距离，但速率要求可以从几万比特至几百兆比特每秒。
2.3 UWB技术还可应用于会议室等场所。参会人员坐在会议室中，能够利用自己的便携式电脑组建临时性的自组织网络，既可以共享演示文档，也可以共享投影仪和打印机等设备。目前很多关于IEEE802. 15的研究都集中于高速数据的传输。但是在生活中，我们并不总是随时随地。
2.4 UWB的不足与改进 。单频段单脉冲方式不能很好地满足美国联邦通信委员会（FC'C'）制定的关于民用UWB产品的技术规范，主要存在以下两个问题：①频谱不能允分利用所规定的矩形部分，由于商用超宽带设备是一个功率受限的系统，故这个问题将会影响到它的覆盖范围；②由于超宽带系统占据广阔的频率范围，其中包括蜂窝电话、蓝牙、卫星等传统无线通信系统的频段，为了避免相互干扰，在单脉冲单频段超宽带系统中需要在发射端和接收端均增加滤波器，以避免超宽带系统对传统无线系统的影响。
多频带脉冲调制方式是一种改进的超宽带调制方式。该调制方式第一次出现在Intel公司于2003年3月向IEEE802. 15. 3任务组提交的高速WPAN物理需要高速的数据传输，比如对冰箱、微波炉、电灯、通风系统、热水器等家用电器进行控制所需要的控制信息就很简单。在家庭应用中，可以应用I，R- WPAN组成家庭电器控制网络，通过中心控制器将各个电器、开关、通风系统和插座组网，实现家庭智能控制的功能，方案中。Intel递交的这份方案的特点有：把可用的频带划分为多个子带，每个子带的带宽大于500MHz；系统可以根据数据速率、十扰、当地频谱规定等等因素选择部分或者全部子带进行传输；还能以合适的调制方式使用多个子带。
三、UWB的开发及发展前景
3.1超宽带天线的发展
超宽带的关键技术之一是天线设计。根据天线传输理论，不同频率的电磁波有效发射的天线尺寸和波长有关，由于超宽带信号占据极宽的频带，就必须考虑兼顾不同频率的信号，对天线的设计不能采用窄带通信的天线设计理论。
超宽带系统的天线在极宽的频带上很难一直都有很好的匹配阻抗。天线的发射效率和发射图案对发射的脉冲具有空问和时问的滤波作用。对于超宽带信号的不同频率分量，超宽带天线的辐射特性是不一样的。在考虑信道模型的时候必须考虑天线的影响，所以在工业界也曾有一种用天线的特性来定义超宽带的建议，就是因为天线设计是关系到整个超宽带系统性能的一个关键技术步骤。
3.2超宽带芯片设计
超宽带技术的优点之一是结构简单，超宽带接收扫 L可以用几个芯片，甚至单个芯片实现。口前很多公司在进行超宽带芯片的设计，比较著名的有飞思卡尔（Freescale）公司、Time Dpmain公司等。这些公司在超宽带技术的开发方面走在了前列，他们开发的芯片有些己经在军事和政府部门得到应用。其中飞思卡尔半导体公司在802. 15. 3a芯片的开发中领先。到口前为止，飞思卡尔是唯一家为无线连接应用提供商用化UWB方案的半导体制造商。飞思卡尔的芯片组XS110于2002年2月获得FC'C'原有UWB规则认证，该芯片使用DS- UWB方案，每秒的数据传输率可达110 Mbit，可在10 m的范围内进行多条高清晰度视频流传输。
参考文献：
[1]乔永伟. 超宽带（UWB）无线通信系统的同步及解调算法研究[D]. ： 北京邮电大学，2009.
[2]宁静. 超宽带（UWB）与现有无线通信系统共存性的研究[D]. ： 汕头大学，2007