第 1 章 緒論
現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展及其在商業(yè)中的成功應(yīng)用深深地影響了我們的日常生活。從模擬蜂窩通信到數(shù)字蜂窩通信的變革，第三代，第四代無(wú)線通信系統(tǒng)的出現(xiàn)，以及用 Wi-Fi 和藍(lán)牙取代有線連接，使得消費(fèi)者們?cè)谌魏螘r(shí)間以及任何地點(diǎn)都能夠接入大量的信息。然而隨著無(wú)線通信技術(shù)的不斷推陳出新，面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越大，這是因?yàn)椋好糠N特定的無(wú)線通信技術(shù)都要占據(jù)某一特定的頻段，從而避免彼此間的通信干擾。當(dāng)有新的無(wú)線業(yè)務(wù)引入時(shí)，對(duì)可用頻譜的限制變得越來(lái)越苛刻。
超寬帶(UWB, Ultra Wide Band)技術(shù)提供一種全新的頻譜復(fù)用解決方案，它采用寬頻譜(-10dB 帶寬大于 500MHz)和低發(fā)射功率的窄脈沖(納秒級(jí)寬度)作為信息載體，無(wú)正弦載波調(diào)制。對(duì)于已經(jīng)存在的窄帶通信系統(tǒng)，超寬帶的發(fā)射功率接近于噪音，不會(huì)對(duì)它們的正常通信造成影響。而超寬帶系統(tǒng)本身卻因?yàn)榫薮蟮膸?，可以獲得很高的信息速率。因此：超寬帶技術(shù)通過(guò)允許新的業(yè)務(wù)與當(dāng)前無(wú)線通信系統(tǒng)以較小干擾的方式共存，為幾近枯竭的無(wú)線頻譜資源提供了一種極有前途的解決方案。
1.1 UWB技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀
1.1.1 UWB 技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史
在 UWB 技術(shù)發(fā)展的初期，人們因其技術(shù)特點(diǎn)，也將它稱為脈沖無(wú)線電。有關(guān)脈沖通信的研究可以回溯到 20 世紀(jì) 40 年代。1942 年，Louis de Rosa 提出兩項(xiàng)利用脈沖傳遞信號(hào)的專利申請(qǐng)。1945 年，Conrad H. Hoeppner也提出了一項(xiàng)有關(guān)脈沖通信技術(shù)的專利申請(qǐng)，1961 年獲得批準(zhǔn)。60 年代后期，Gerald Ross和HenningHarmuth 為脈沖通信技術(shù)的發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)，他們研究了脈沖傳輸系統(tǒng)的主要部件和脈沖收發(fā)信機(jī)的設(shè)計(jì)，主要集中在脈沖的產(chǎn)生和檢測(cè)技術(shù)。從六七十年代開(kāi)始，脈沖技術(shù)主要用于非通信領(lǐng)域的商業(yè)應(yīng)用方面。第一個(gè)超寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)專利于 1973 年獲得批準(zhǔn)。
1990 年，美國(guó)軍方所確定的“超寬帶”定義，實(shí)際上統(tǒng)一了歷史上出現(xiàn)的“沖擊”、“窄脈沖”、“無(wú)載波(Carrier-Free)”、“基帶”、“時(shí)域”、“非正弦(Nonsinusoidal)”、“大相對(duì)帶寬(Large-Relative-Bandwidth)”等無(wú)線電技術(shù)的概念。因?yàn)檫@些系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)帶寬大都滿足“超寬帶”定義。1997 年 10 月，某公司在美國(guó)海軍陸戰(zhàn)隊(duì)基地進(jìn)行了“秘密行動(dòng)鏈路(Stealth Link)”手持式超寬帶無(wú)線2超寬帶脈沖產(chǎn)生技術(shù)研究電的現(xiàn)場(chǎng)演示，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)式點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作和 900m 距離以上的全雙工傳輸，傳輸速度達(dá)到 32kb/s。能在 700m 以外測(cè)試出傳統(tǒng) UHF 電臺(tái)信號(hào)的頻譜分析儀，要在 10m以內(nèi)才能檢測(cè)到超寬帶發(fā)射機(jī)的信號(hào)。從中可見(jiàn)，超寬帶可進(jìn)行遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸且保密性強(qiáng)，從而證實(shí)了超寬帶無(wú)線通信獨(dú)特的軍事應(yīng)用價(jià)值和實(shí)踐的可行性。1994 年以前，超寬帶技術(shù)研究集中于美國(guó)的軍事領(lǐng)域，然而此后，隨著美軍方解除了此項(xiàng)技術(shù)的限制，人們開(kāi)始關(guān)注超寬帶技術(shù)在民用領(lǐng)域的巨大潛力，并促使此項(xiàng)技術(shù)飛速發(fā)展起來(lái)。2002 年 4 月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)發(fā)布了關(guān)于超寬帶技術(shù)的“First Report and Order”，這是第一個(gè)關(guān)于應(yīng)用超寬帶技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，是超寬帶技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑，關(guān)于 FCC 授權(quán)的超寬帶技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，將在第 3 章詳細(xì)描述。
1.1.2 UWB 的定義以及相關(guān)概念