近來(lái)，人們可能會(huì)注意到，在通信" title="通信">通信領(lǐng)域出現(xiàn)了一個(gè)新的技術(shù)詞匯——超寬帶" title="超寬帶">超寬帶無(wú)線通信，實(shí)際上，超寬帶無(wú)線電的歷史淵源，可以追溯到一百年前波波夫、馬可尼發(fā)明越洋無(wú)線電報(bào)的時(shí)代。現(xiàn)代意義上的超寬帶UWB（UltraWide Band）無(wú)線電，又稱沖激無(wú)線電（Impulse Radio）技術(shù)，出現(xiàn)于1960年代，但其應(yīng)用一直僅限于軍事、災(zāi)害救援搜索雷達(dá)定位及測(cè)距等方面。2002年2月14日，這項(xiàng)無(wú)線技術(shù)首次獲得了美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的批準(zhǔn)用于民用通信，從而引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，自1998年起，F(xiàn)CC對(duì)超寬帶無(wú)線設(shè)備對(duì)原有窄帶無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾及其相互共容的問題開始廣泛征求業(yè)界意見，在有美國(guó)軍方和航空界等眾多不同意見的情況下，F(xiàn)CC仍開放了UWB技術(shù)在短距離無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用許可，這充分說(shuō)明此項(xiàng)技術(shù)所具有的廣闊應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)誘惑力。

       UWB是一種無(wú)載波通信技術(shù)，它不采用正弦載波，而是利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很寬。一般認(rèn)為-10dB相對(duì)帶寬超過(guò)25％，或-10dB絕對(duì)帶寬超過(guò)1.5GHz就稱為超寬帶，后來(lái)FCC又將此帶寬值修改為500MHz。由計(jì)算信道容量的Shannon公式可知，在信道容量一定的情況下，帶寬與信噪比可以互補(bǔ)。UWB的帶寬非常寬，目前FCC開放的頻段是3.1-10.6 GHz，故UWB系統(tǒng)發(fā)射的功率譜密度可以非常低，甚至低于FCC規(guī)定的電磁兼容背景噪聲電平（-41.3dBm—FCC Part15），所以短距離UWB無(wú)線通信系統(tǒng)與其他窄帶無(wú)線通信系統(tǒng)可以共存。UWB的傳輸速率可達(dá)幾十Mbps～幾Gbps；其收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低于全數(shù)字化；并且其固有的抗多徑衰落功能很強(qiáng)。UWB發(fā)射脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于脈沖重復(fù)周期，平均發(fā)射功率很低，使UWB技術(shù)在實(shí)現(xiàn)超寬帶信號(hào)時(shí)域波形高傳輸數(shù)據(jù)率的同時(shí)也有著低功耗的顯著優(yōu)點(diǎn)。超寬帶技術(shù)在實(shí)現(xiàn)同樣傳輸速率時(shí)，功率消耗僅有傳統(tǒng)技術(shù)的1/10-1/100。另外，由于功率譜密度非常低，幾乎被湮沒在各種電磁干擾和噪聲中，具有隱蔽性好、低截獲率、保密性好等非常突出的優(yōu)點(diǎn)，能很好的滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)安全性的要求。由于UWB信號(hào)定位精度高且具有很強(qiáng)的穿透能力，可探測(cè)地雷等地下物體、墻壁后方空間的物體，所以在透視成像雷達(dá)、人體醫(yī)學(xué)成像、穿地探測(cè)雷達(dá)等方面也得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。

       此外，UWB無(wú)線通信技術(shù)的另一優(yōu)勢(shì)是其單位區(qū)域內(nèi)通信容量可超過(guò)每平方米1000Kbps，而IEEE802.11b僅為每平方米1Kbps，藍(lán)牙技術(shù)為每平方米30Kbps，IEEE802.11a也只為每平方米83Kbps。UWB被稱做是短距離無(wú)線通信技術(shù)的一張王牌，其應(yīng)用十分廣泛，該技術(shù)有望很快實(shí)用，并在短距離數(shù)字化的音視頻無(wú)線鏈接、短距離寬帶高速無(wú)線接入等相關(guān)領(lǐng)域得到普及。伴隨著UWB對(duì)民用無(wú)線通信領(lǐng)域的開放，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的半導(dǎo)體廠商和設(shè)備制造商都在加緊研究開發(fā)實(shí)用系統(tǒng)。英特爾、TI、摩托羅拉和索尼等一些大公司將在近期進(jìn)入超寬帶技術(shù)無(wú)線數(shù)據(jù)通信市場(chǎng)。此外，美國(guó)的Time Domain、Multispectral Solutions以及美國(guó)XtremeSpectrum等公司也在進(jìn)行UWB無(wú)線設(shè)備的開發(fā)和生產(chǎn)。

       由于UWB信號(hào)是一種非正弦的窄脈沖，其所占的頻帶非常寬。所以傳統(tǒng)的基于正弦電磁波，正弦信號(hào)諧振以及付氏變換的頻域分析等電路設(shè)計(jì)理論已經(jīng)不能適應(yīng)超寬帶無(wú)線系統(tǒng)的需求。自從19世紀(jì)初建立付氏變換的理論以及后來(lái)無(wú)線電技術(shù)的發(fā)明以后，近一個(gè)多世紀(jì)當(dāng)中，無(wú)線通信傳輸理論基本上都是建立在正弦波的基礎(chǔ)上的。正弦電磁波，波長(zhǎng)和頻率的概念在人們的頭腦中是根深蒂固的。然而，如同勻速圓周運(yùn)動(dòng)僅是經(jīng)典力學(xué)與天文學(xué)中的理想情況一樣，在電磁場(chǎng)與電路理論等領(lǐng)域中，除了基于正弦函數(shù)的特例以外，還在更加廣闊的空間。如非正弦電磁波在雷達(dá)中的成功應(yīng)用、分形天線、Walsh函數(shù)、小波變換，UWB無(wú)線通信等都對(duì)傳統(tǒng)的電磁場(chǎng)與電路理論提出了新的挑戰(zhàn)。人們已經(jīng)開始探索新的理論來(lái)解決所面臨的新問題，如時(shí)域瞬態(tài)電磁學(xué)、超寬帶電磁學(xué)、計(jì)算電磁學(xué)、序率理論等。但是，僅就超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)而言，信號(hào)是納秒至微微秒級(jí)的窄脈沖，其所涉及的頻帶從幾KHz到幾十GHz；對(duì)于該系統(tǒng)中的任一元件來(lái)說(shuō)，如果要同時(shí)應(yīng)用原有傳統(tǒng)的電磁場(chǎng)理論，分布參數(shù)和集中參數(shù)電路理論或傳輸線理論來(lái)加以討論求解，顯然是不現(xiàn)實(shí)的。就是目前人們所采用的時(shí)域有限差分FDTD方法也是非常繁瑣耗時(shí)的。而且，上述一些理論方法也只是針對(duì)某一種特定情況或特定的技術(shù)問題，大多還是以正弦波為基礎(chǔ)的概念，尚未對(duì)UWB射頻電路設(shè)計(jì)的許多實(shí)際應(yīng)用問題給出更有效的手段。因此，人們迫切需求一種新的適應(yīng)UWB應(yīng)用的射頻電路設(shè)計(jì)理論。
       目前，國(guó)際上關(guān)于UWB在短距離無(wú)線通信領(lǐng)域的研究與開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入制定標(biāo)準(zhǔn)的階段，IEEE802.15.3a工作組已收到多項(xiàng)提案。UWB目前采用的主要調(diào)制方式有：脈沖幅度調(diào)制PAM；通斷鍵控調(diào)制OOK；跳時(shí)脈位調(diào)制TH-PPM；跳時(shí)/直擴(kuò)二進(jìn)制移頻鍵控調(diào)制TH/DS-BPSK。就上述四種調(diào)制方式而言，綜合考慮可靠性、有效性及多址性能等因素，目前廣泛關(guān)注的后兩種調(diào)制方式TH-PPM和TH-DS-BPSK。二乾的區(qū)別是在采用匹配濾波器的單用戶檢測(cè)情況下，TH-DS-BPSK的性能要優(yōu)于TH-PPM。而對(duì)TH/DS-BPSK而言，在速率高時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇DS-BPSK方式，在速率低時(shí)，由TH-BPSK受遠(yuǎn)近效應(yīng)的影響要小，此時(shí)應(yīng)選擇TH-BPSK方式，在采用MMSE檢測(cè)方式的多用戶接收機(jī)應(yīng)用情況時(shí)，兩者差別不大；但在速率較高時(shí)，TH/DS-BPSK的性能還是要優(yōu)于TH-PPM系統(tǒng)，以往有關(guān)研究部門開展UWB的研究主要是集中在雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用背景方面，基保對(duì)UWB天線、UWB雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)以及高功率窄脈沖的產(chǎn)生等也得出了許多有益的研究成果；但是在我國(guó)電磁兼容的環(huán)境下，該項(xiàng)技術(shù)如何共存應(yīng)用乃至頻譜規(guī)則都是亟待解決的課題。在2002年召開的國(guó)際電聯(lián)ITU-R第一研究組的全體會(huì)議上，確立了關(guān)于“使用超寬帶的無(wú)線電設(shè)備與無(wú)線電通信業(yè)務(wù)之間兼容性”的新課題。該課題主要研究使用超寬帶的無(wú)線電設(shè)備對(duì)現(xiàn)有電磁環(huán)境和無(wú)線電通信業(yè)務(wù)的影響，以及為了不對(duì)現(xiàn)有無(wú)線業(yè)務(wù)造成不可接受的干擾，對(duì)使用超寬帶的無(wú)線電設(shè)備有何要求以及相應(yīng)的計(jì)算方法等。近期我國(guó)國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心也與北京郵電大學(xué)等合作設(shè)立相應(yīng)的研究課題，對(duì)制定我國(guó)相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及電磁兼容等方面的問題具有重要意義。目前，我國(guó)人口眾多，商業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)非常密集，在頻譜資源十分珍貴的情況下，短距離寬帶無(wú)線通信的地位日趨重要，其各種應(yīng)用將擁有巨大的市場(chǎng)；我國(guó)863計(jì)劃也對(duì)此項(xiàng)技術(shù)給予關(guān)注，在個(gè)人通信領(lǐng)域設(shè)立了“超寬帶無(wú)線傳輸技術(shù)的研究與開發(fā)”的子課題。

       最近，值得注意的是有關(guān)超寬帶無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)化的新動(dòng)向。一個(gè)稱為多頻帶OFDM聯(lián)盟（MBOA）的組織正式成立，該聯(lián)盟的主要成員有美國(guó)英特爾、三菱電機(jī)、松下電器產(chǎn)業(yè)、荷蘭飛利普電子、韓國(guó)三星電子、美國(guó)Staccato Communications、美國(guó)德州儀器、美國(guó)Time Domain以及以色列的Wisair等公司，MBOA的主要宗旨是摒棄沖激無(wú)線電的超寬帶方案，回過(guò)去來(lái)又力推其多頻帶的OFDM方案，即將FCC開放的從3.1-10.6GHz的7.5GHz的頻段劃分成十幾個(gè)500-600MHz左右的子頻帶，然后在每個(gè)子頻帶上采用OFDM技術(shù)實(shí)現(xiàn)寬帶無(wú)線通信。這樣若同時(shí)利用多個(gè)子頻帶時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)速率達(dá)到100-500MHz以上的超寬帶無(wú)線通信。據(jù)分析，這里面顯然有著技術(shù)方面以外的原因。

       因?yàn)椋瑳_激無(wú)線電方案的倡導(dǎo)者量度些早期投身超寬帶無(wú)線通信研究與開發(fā)的中小公司，主要以美國(guó)MSSI、XtremeSpectrum等公司為代表，他們擁有大量沖激無(wú)線電方案的發(fā)明專利；而后來(lái)居上的大公司顯然不愿意受到這些專利的制約。因此，在制定超寬帶無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，這兩種方案競(jìng)爭(zhēng)得非常激烈。表現(xiàn)在2003年7月21-25日在美國(guó)舊金山市召開的IEEE802.15.3a會(huì)議上，會(huì)上最初共有6個(gè)提案，到會(huì)議第三天（即23日）只剩下了由美國(guó)德州儀器和英特爾等公司為首的多頻帶OFDM聯(lián)盟，和以美國(guó)XtremeSpectrum(XSI)為主的XSI聯(lián)盟所提出的兩個(gè)方案。第4天（即24日），在兩聯(lián)盟代表們進(jìn)行小組公開討論后進(jìn)行了投票，結(jié)果多頻帶OFDM聯(lián)盟獲得88票，而XSI聯(lián)盟得到67票。在隨后舉行的批準(zhǔn)投票中，多頻帶OFDM聯(lián)盟必須得到75%的贊成票才能成為最終統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)方案。但最后的結(jié)果是95票贊成，63票反對(duì)。贊成票僅為全部投票數(shù)的約60％，沒有達(dá)到75％，沒能實(shí)現(xiàn)超寬帶標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。職能留待2003年9月14日至19日在新加坡召開的下一次會(huì)議上加以解決，不過(guò)要達(dá)成統(tǒng)一的超寬帶標(biāo)準(zhǔn)也并不容易，我們將拭目以待。