当今科技高速发展，人与人间的联络方式也发生了转变，这些情况使得数据通讯和无线通信业务很快繁荣了起来，人们对无线通信服务的质量和速度也越来越看重。随着各国商业上对3.1-10.6GHz频谱资源的运用，超宽带技术逐步走入人们的视野。
【摘 要】通讯时代已走上了高速公路，信息传输的速率、效率和安全可靠性越来越重要。相对于有线设备，人们也越来越喜爱使用无线设备，移动、携带便捷成为了无线设备的主要特点。现在的宽带脉冲无线通信技术正逐步应用到无线设备上，本文将向读者介绍宽带脉冲无线电技术的原理和意义，着重阐述其关键技术，并对技术应用中所遇到的问题进行说明分析。
【关键词】计算机测量与控制,超宽带脉冲,无线电通信技术,通信技术应用
一、宽带脉冲无线电技术简介
超宽带技术发展刚起步时，Scholtz博士开发出了一种适用于短距离密集多径环境的跳时脉冲无线电技术，这也是当今超宽带的主流技术。脉冲无线电系统具有构造简便、耗能低等优点，在无线传感器网络和医疗服务系统等领域得到广泛使用。同时，60GHz无线电通信技术，因其频谱资源丰富，适用于对速率要求高的短距离通信，在吉比特以太网、高清晰多媒体接口等领域的应用上有巨大潜能。脉冲无线电技术还因其信号穿透能力强等独特优点，广受个人消费电子和传感器网络的青睐[1]。
二、应用研究方向
目前，在脉冲无线电超宽带和60GHz系统应用方面的研究主要集中在一下几个方向：
(一)雷达与成像系统。雷达和成像系统的应用方面，主要看重的是宽带脉冲无线电系统可以直接发总纳米级的短脉冲，具有较大的信号带宽，尤其是超宽带的信号穿透能力很强，在空间分辨率、速度策略和实体识别方面具有较高能力。在检测掩埋物、穿墙监视、医疗检测等方面均发挥了超宽带雷达的强大作用。
(二)精确定位系统。超宽带脉冲无线电的多径分辨能力强，能够透视物体，由于超宽带脉冲无线电的这种特点，所以基于这种技术的定位系统即使在很不良的环境下作业也能提供很精确的定位。
(三)无线传感器网络。无线传感器网络对通信可靠性和精度测距方面都有较高要求，脉冲无线电技术能够很好地满足其要求。脉冲无线电超宽带系统的构造简便、不复杂，成本低，具有白噪声样的信号特点，对别的设备干扰很少，能够抗多径干扰和拥塞，且时域分辨率好，利于跟踪和精确定位。
三、关键技术
21世纪初开始商业上已经被允许使用超宽带系统，其基本技术应用以日趋成熟。从技术上讲，对脉冲超宽带系统的研究主要有一下几方面：
(一)脉冲设计。在UWB系统中，能够直接发送的短脉冲持续时间不到1ns，所以宽带可以超过1GHz。新提出不久的高斯脉冲系列波形、修正的艾尔米特脉冲波形及拉普拉斯脉冲波形等，它们的目标在脉冲宽度范围内，发射信号在频谱分布中有近乎平直的部分，并能为有效发射信号而避免直流分量。
(二)接收机设计。超宽带系统可以直接发出超短脉冲进行通信，在完美估计信道和同步作业的情况下，相关接收机能向系统提供较好的误码性能。而且，UWB信号的延时分辨率较好，Rake接收机可以使用系统分辨出的多径分量，尤为重要的是Rake接收机可以在忽略码间干扰和多用户干扰的情形下具有最佳检测机制，误码性能达到最强。
(三)调制机制。系统数据速率、发送信号频谱特征、收发机复杂度、误码率等都与调制机制方法紧密相关，调制机制在通信系统中发挥着重要作用。常用的脉冲无线电超宽带系统调制手段有：脉冲位置调制(PPM)、脉冲幅度调制(PAM)、脉冲形状调制(PSM)、开关键控制(OOK)及二进制移相键控(BPSK)等。
(四)信道测量建模。超宽带刚被提出的时候，信道测量就引起了工业界和学术界的强烈关注，研究人员对工厂和现代办公室等典型应用性环境进行了测量建模。从物理层来讲，60GHz系统与超宽带在技术上很相似，不同之处在于60GHz系统所使用的脉冲属于超高频谱范围，这所来了的正负面都有的。
四、技术应用
与传统窄带通信相比，脉冲无线电系统的收发机结构更简单，发射机正常情况下只需要一支晶体管工作在简单数字模式，晶体管产生的脉冲可以通过滤波器，形成单周期脉冲，不需借助线性放大器，降低了功耗和成本。脉冲无线电接收机也比传统窄带通信简单，原因是它不需要中频级。脉冲无线电收发机能够集中到同一张芯片上，节约了成本，且功耗低、速率高，特别适合无线传感器网络、定位和视频监控等应用[3]。
(一)脉冲无线电超宽带图像传输系统。这种方法使用了图像信息和信道状态信息，信道状态良好时，输送图像关键信息，信道状态不好时，输送图像次要信息。这种方法的实用性和灵活性是较好的。图像信息需要分类后在输入到UWB系统中，其分类方法可以使用二位离散小波变换算法。最终图像信息会沿着树的走向分为四部分：斜线高频部分、垂直高频部分、水平高频部分和低频部分。得出的数据信息还有经过信道衰落阈值选择进入到仿真阶段。
(二)脉冲无线电UWB在智能电网中的前景
1.家庭能源管理系统。家庭能源管理系统是以智能电网中电力消费为中心的，监控带有智能电表的电器，优化电力使用和消费。它要实现对能源的有效监控，其通信技术主要分为两类来研究：无线通信与有线通信。与有线通信相比，无线通信更稳定、成本更低、性能也更好，在无线通信中，最有发展前景的莫过于无线传感器网络技术了。
2.脉冲超宽带系统在无线传感器网络中的应用。Zigbee技术，它的设备构造简便、成本较低，适用于节点很多的无线传感器网络。当然Zigbee技术也有缺点，就是抗多径力差、定位不准，设备间相互易受影响。
超宽带脉冲无线电通信技术是很有前景的，当然也有许多地方不成熟，需要在今后的研究和实践经验中逐步完善。
参考文献：
[1]吕婷婷.宽带脉冲无线电通信技术及研究[D].山东：中国海洋大学，2013.
[2]赵陈亮.典型超宽带信号的发射与接收技术[D].江苏：南京理工大学，2013.
