當今科技高速發展，人與人間的聯絡方式也發生了轉變，這些情況使得數據通訊和無線通信業務很快繁榮了起來，人們對無線通信服務的質量和速度也越來越看重。隨著各國商業上對3.1-10.6GHz頻譜資源的運用，超寬帶技術逐步走入人們的視野。

　　【摘 要】通訊時代已走上了高速公路，信息傳輸的速率、效率和安全可靠性越來越重要。相對于有線設備，人們也越來越喜愛使用無線設備，移動、攜帶便捷成為了無線設備的主要特點。現在的寬帶脈沖無線通信技術正逐步應用到無線設備上，本文將向讀者介紹寬帶脈沖無線電技術的原理和意義，著重闡述其關鍵技術，并對技術應用中所遇到的問題進行說明分析。

　　【關鍵詞】計算機測量與控制,超寬帶脈沖,無線電通信技術,通信技術應用

　　一、寬帶脈沖無線電技術簡介

　　超寬帶技術發展剛起步時，Scholtz博士開發出了一種適用于短距離密集多徑環境的跳時脈沖無線電技術，這也是當今超寬帶的主流技術。脈沖無線電系統具有構造簡便、耗能低等優點，在無線傳感器網絡和醫療服務系統等領域得到廣泛使用。同時，60GHz無線電通信技術，因其頻譜資源豐富，適用于對速率要求高的短距離通信，在吉比特以太網、高清晰多媒體接口等領域的應用上有巨大潛能。脈沖無線電技術還因其信號穿透能力強等獨特優點，廣受個人消費電子和傳感器網絡的青睞[1]。

　　二、應用研究方向

　　目前，在脈沖無線電超寬帶和60GHz系統應用方面的研究主要集中在一下幾個方向：

　　(一)雷達與成像系統。雷達和成像系統的應用方面，主要看重的是寬帶脈沖無線電系統可以直接發總納米級的短脈沖，具有較大的信號帶寬，尤其是超寬帶的信號穿透能力很強，在空間分辨率、速度策略和實體識別方面具有較高能力。在檢測掩埋物、穿墻監視、醫療檢測等方面均發揮了超寬帶雷達的強大作用。

　　(二)精確定位系統。超寬帶脈沖無線電的多徑分辨能力強，能夠透視物體，由于超寬帶脈沖無線電的這種特點，所以基于這種技術的定位系統即使在很不良的環境下作業也能提供很精確的定位。

　　(三)無線傳感器網絡。無線傳感器網絡對通信可靠性和精度測距方面都有較高要求，脈沖無線電技術能夠很好地滿足其要求。脈沖無線電超寬帶系統的構造簡便、不復雜，成本低，具有白噪聲樣的信號特點，對別的設備干擾很少，能夠抗多徑干擾和擁塞，且時域分辨率好，利于跟蹤和精確定位。

　　三、關鍵技術

　　21世紀初開始商業上已經被允許使用超寬帶系統，其基本技術應用以日趨成熟。從技術上講，對脈沖超寬帶系統的研究主要有一下幾方面：

　　(一)脈沖設計。在UWB系統中，能夠直接發送的短脈沖持續時間不到1ns，所以寬帶可以超過1GHz。新提出不久的高斯脈沖系列波形、修正的艾爾米特脈沖波形及拉普拉斯脈沖波形等，它們的目標在脈沖寬度范圍內，發射信號在頻譜分布中有近乎平直的部分，并能為有效發射信號而避免直流分量。

　　(二)接收機設計。超寬帶系統可以直接發出超短脈沖進行通信，在完美估計信道和同步作業的情況下，相關接收機能向系統提供較好的誤碼性能。而且，UWB信號的延時分辨率較好，Rake接收機可以使用系統分辨出的多徑分量，尤為重要的是Rake接收機可以在忽略碼間干擾和多用戶干擾的情形下具有最佳檢測機制，誤碼性能達到最強。

　　(三)調制機制。系統數據速率、發送信號頻譜特征、收發機復雜度、誤碼率等都與調制機制方法緊密相關，調制機制在通信系統中發揮著重要作用。常用的脈沖無線電超寬帶系統調制手段有：脈沖位置調制(PPM)、脈沖幅度調制(PAM)、脈沖形狀調制(PSM)、開關鍵控制(OOK)及二進制移相鍵控(BPSK)等。

　　(四)信道測量建模。超寬帶剛被提出的時候，信道測量就引起了工業界和學術界的強烈關注，研究人員對工廠和現代辦公室等典型應用性環境進行了測量建模。從物理層來講，60GHz系統與超寬帶在技術上很相似，不同之處在于60GHz系統所使用的脈沖屬于超高頻譜范圍，這所來了的正負面都有的。

　　四、技術應用

　　與傳統窄帶通信相比，脈沖無線電系統的收發機結構更簡單，發射機正常情況下只需要一支晶體管工作在簡單數字模式，晶體管產生的脈沖可以通過濾波器，形成單周期脈沖，不需借助線性放大器，降低了功耗和成本。脈沖無線電接收機也比傳統窄帶通信簡單，原因是它不需要中頻級。脈沖無線電收發機能夠集中到同一張芯片上，節約了成本，且功耗低、速率高，特別適合無線傳感器網絡、定位和視頻監控等應用[3]。

　　(一)脈沖無線電超寬帶圖像傳輸系統。這種方法使用了圖像信息和信道狀態信息，信道狀態良好時，輸送圖像關鍵信息，信道狀態不好時，輸送圖像次要信息。這種方法的實用性和靈活性是較好的。圖像信息需要分類后在輸入到UWB系統中，其分類方法可以使用二位離散小波變換算法。最終圖像信息會沿著樹的走向分為四部分：斜線高頻部分、垂直高頻部分、水平高頻部分和低頻部分。得出的數據信息還有經過信道衰落閾值選擇進入到仿真階段。

　　(二)脈沖無線電UWB在智能電網中的前景

　　1.家庭能源管理系統。家庭能源管理系統是以智能電網中電力消費為中心的，監控帶有智能電表的電器，優化電力使用和消費。它要實現對能源的有效監控，其通信技術主要分為兩類來研究：無線通信與有線通信。與有線通信相比，無線通信更穩定、成本更低、性能也更好，在無線通信中，最有發展前景的莫過于無線傳感器網絡技術了。

　　2.脈沖超寬帶系統在無線傳感器網絡中的應用。Zigbee技術，它的設備構造簡便、成本較低，適用于節點很多的無線傳感器網絡。當然Zigbee技術也有缺點，就是抗多徑力差、定位不準，設備間相互易受影響。

　　超寬帶脈沖無線電通信技術是很有前景的，當然也有許多地方不成熟，需要在今后的研究和實踐經驗中逐步完善。

　　參考文獻：

　　[1]呂婷婷.寬帶脈沖無線電通信技術及研究[D].山東：中國海洋大學，2013.

　　[2]趙陳亮.典型超寬帶信號的發射與接收技術[D].江蘇：南京理工大學，2013.