市场需求和技术驱动使宽带无线接入成为当前的研究热点。无线个域网(WPAN)作为最接近用户的短距离、高速无线接入手段在未来无线通信网络中将占据重要地位。目前，蓝牙是WPAN应用的主流技术，但其提供的传输速率还远远不能满足不断发展的宽带多媒体业务的需求。因此，研究新型的适合于短距离、高速率无线连接的低功耗、低成本物理层技术成为必然趋势。研究表明，利用超宽带技术可以在10米距离内提供高达100Mbits/s以上甚至1Gbits/s的传输速率，且可以与现有窄带无线系统很好地共存。因此，超宽带技术被视作短距离、高速无线连接最具开发潜力的物理层技术之一。目前，超宽带技术在短距离、高速无线连接方面的应用还是一个崭新的课题，许多理论问题和关键技术仍有待于进行深入研究。本文研究了超宽带无线通信系统中物理层的一些关键技术，主要工作涉及信道模型、脉冲成形技术、瑞克接收技术和空间分集技术。 信道模型是进行无线通信系统性能分析和优化系统设计的基础。本文在前人工作的基础上，总结了超宽带信道的传播特征，介绍了典型超宽带信道模型。为了得到与具体系统带宽相匹配的信道模型，从而简化系统性能的仿真分析，研究了IEEE802.15.3a多径信道的离散化问题。提出了基于带通抽样的多径信道离散化方法和基于A-Rake(全瑞克)思想的多径信道离散化方法。实例分析表明，离散化处理对多径信道的时延扩展、功率延迟分布等统计特征影响很小，而多径衰落分布受带宽影响会有一定程度恶化。 美国联邦通信委员会(FCC)对超宽带信号进行了严格的辐射功率谱密度限制(≤-41.3dBm/MHz)。如何在满足FCC辐射要求的前提下提高系统可辐射功率和系统容量是超宽带脉冲成形技术需要解决的难题。利用正交脉冲进行高阶波形调制是提高系统容量的有效手段，因此正交脉冲设计成为研究热点。本文对已有的超宽带脉冲成形技术进行了深入分析。在此基础上，提出了一种适用于波形调制系统的准正交脉冲设计方法。与Hermite正交脉冲、PSWF正交脉冲相比，利用该方法设计的脉冲组具有带宽差异小、可辐射功率高的特点，有利于提高网络覆盖范围和系统传输可靠性。利用符号错误概率的最小距离界对脉冲间互相关引起的性能损失进行了理论分析。结果表明，脉冲间极低的互相关对波形调制系统性能的影响几乎可以忽略。 超宽带信号具有极高的多径分辨能力，利用瑞克(Rake)接收技术可以有效地提高系统传输可靠性。本文在归纳总结Rake接收机相关理论的基础上，针对超宽带信道密集多径的特点，研究了存在径间干扰时S-Rake(选择式Rake)路径选择最优化问题，给出一种简化的次最优路径选择算法。仿真结果表明，文中给出的次最优路径选择算法优于传统的基于瞬时信噪比排序的方法。为降低接收机复杂度，提出了脉宽间隔采样Rake接收机，给出了密集多径信道中性能分析解析式。通过计算机仿真得到了一些有指导意义的结论，同时分析了其性能损失。为进一步提高能量捕获效率和接收机性能，提出了正交双模板脉宽间隔采样Rake接收机，并给出密集多径信道中的性能分析解析式。仿真结果表明：采用正交双模板可以显著提高Rake接收机性能，有效地缩短与最优Rake的性能差距。 探讨超宽带技术与多天线及空时编码技术的有效结合具有重要的理论价值。本文回顾了多天线(MIMO)与空时分组码(STBC)的相关理论基础，针对最佳实正交STBC给出并证明了三个推论。在此基础上，将MIMO与脉宽间隔采样S-Rake接收技术相结合，分别给出了接收分集、结合最佳实正交STBC的发送分集、结合最佳实正交STBC的收发联合分集三种天线配置时的系统模型，推导了三种系统在频率选择性信道中的理论性能。结果表明，系统获得的分集阶数为发射天线数、接收天线数及Rake接收机叉指数的乘积。仿真结果表明，在辐射总功率不变的前提下，增加接收天线和Rake叉指可以有效地提高系统性能，而增加发射天线效果不够显著。