1.3 超寬帶通信的特點(diǎn)

超寬帶技術(shù)與傳統(tǒng)通信技術(shù)不同，它占用很寬的頻譜范圍來傳輸數(shù)據(jù)，因此具有非常顯著的優(yōu)點(diǎn)。

（1）頻譜資源共享

UWB系統(tǒng)常用于短距離通信，它所占的頻譜范圍很寬，發(fā)射功率譜密度非常低，甚至低于FCC規(guī)定的電磁兼容背景噪聲電平，因此超寬帶系統(tǒng)對(duì)其他無線通信系統(tǒng)的干擾很小，僅相當(dāng)于一個(gè)寬帶白噪聲，這使UWB系統(tǒng)可以和很多無線系統(tǒng)共同使用有限的頻譜資源[35]。

（2）保密性好

與有線通信相比，無線通信的無線電波在空間中是開放性的傳播，隱蔽性相對(duì)有線通信較差。而UWB系統(tǒng)發(fā)射的是占空比很低的窄脈沖信號(hào)，時(shí)域?qū)挾韧ǔＴ?\s以下，頻域帶寬在1GHz以上，平均功率很低，各種信號(hào)與環(huán)境噪聲淹沒了UWB信號(hào)，使敵方很難偵聽到。而且由于信號(hào)持續(xù)時(shí)間極短，使信號(hào)的保密性更好，不易被截獲。

（3）抗多徑衰落

UWB系統(tǒng)采用寬度為納秒級(jí)的單周期脈沖且占空比極低，時(shí)間和空間分辨率都很強(qiáng)，當(dāng)UWB信號(hào)時(shí)域?qū)挾瘸艘孕盘?hào)傳輸速率的結(jié)果小于多徑傳輸路徑時(shí)，不同路徑的脈沖在時(shí)域上就不會(huì)發(fā)生交疊現(xiàn)象[36-37]，因此系統(tǒng)的多徑分辨率極高，通過分集接收可以獲得很強(qiáng)的抗多徑衰落能力。帶寬超過1GHz的UWB信號(hào)，能分辨出時(shí)延小于1\s的多徑信號(hào)，然后采用分集接收獲得足夠的信號(hào)能量，提高信噪比，從而改善通信質(zhì)量。

（4）傳輸速率高

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，各種多媒體業(yè)務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)信息傳輸速率提出了更高的要求，信息速率不能低于50Mbit/s。常規(guī)無線電的數(shù)據(jù)傳輸速率不能滿足高質(zhì)量業(yè)務(wù)的需求，而UWB系統(tǒng)由于消除了多徑效應(yīng)的影響并采用上千兆赫茲的超寬帶頻帶，因此即使把發(fā)送信號(hào)功率譜密度控制得很低，也可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)100～500Mbit/s的信息傳輸速率。圖1-11為4種通信方式的傳輸速率對(duì)比。

（5）系統(tǒng)容量大

UWB系統(tǒng)的用戶數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前的GSM和CDMA移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)，在一個(gè)小區(qū)內(nèi)可支持的移動(dòng)用戶數(shù)目達(dá)到1萬個(gè)以上，在支持下一代高容量無線通信系統(tǒng)方面具有很大的潛力。將來，類似無線以太局域網(wǎng)IEEE802.11b和短距離藍(lán)牙通信技術(shù)，都可能被UWB所取代，這是因?yàn)閁WB系統(tǒng)能夠支持更多的用戶，而且速度更快。

有研究表明，超寬帶系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)在所容納用戶數(shù)上的對(duì)比如表1-4所示。

（6）低功耗

UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率很低，可以使用小于l mW的發(fā)射功率，這就大大延長了系統(tǒng)電源的工作時(shí)間。UWB系統(tǒng)的功耗為50～70\W，只有移動(dòng)電話的1/100，藍(lán)牙的1/10。由于UWB系統(tǒng)采用占空比很小的窄脈沖進(jìn)行通信，發(fā)射脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于脈沖重復(fù)周期，傳輸時(shí)的耗電量僅有幾十毫瓦，因此UWB技術(shù)適用于各種電池供電的移動(dòng)設(shè)備中。

（7）定位精確，穿透能力強(qiáng)

UWB系統(tǒng)采用的窄脈沖信號(hào)具有很高的定位精度，在具有通信功能的同時(shí)，也具有定位能力。UWB信號(hào)可以穿透樹葉和建筑物外墻等障礙物，從而實(shí)現(xiàn)隔墻成像；與UWB信號(hào)相比，GPS系統(tǒng)的工作范圍僅局限于定位衛(wèi)星的可視范圍內(nèi)。UWB系統(tǒng)提供給用戶的是相對(duì)位置，而GPS系統(tǒng)提供的是絕對(duì)地理位置。從價(jià)格上看，UWB定位器成本更低。

（8）結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)成本低

由于采用無載波傳輸，UWB系統(tǒng)的發(fā)射和接收設(shè)備不含復(fù)雜的射頻轉(zhuǎn)換電路和調(diào)制電路，系統(tǒng)一個(gè)芯片可以同時(shí)包含發(fā)生電路和調(diào)制電路，這不僅減小了系統(tǒng)復(fù)雜度，縮小了設(shè)備的體積，還從根本上降低了系統(tǒng)成本，在制造、運(yùn)行和維護(hù)方面更加簡單。

當(dāng)然，UWB通信也存在一些不可忽視的缺點(diǎn)，由于UWB脈沖在時(shí)域上持續(xù)時(shí)間很短，需要使用高速的模數(shù)轉(zhuǎn)換器來對(duì)極窄脈沖進(jìn)行采樣，因此高頻同步比較困難。此外，傳統(tǒng)的頻率選擇性天線對(duì)寬帶來說不能滿足持續(xù)的幅值和群時(shí)延，因此需要選用體積大、成本高的寬帶天線，不利于設(shè)計(jì)的小型化和低成本。FCC標(biāo)準(zhǔn)限制了UWB信號(hào)的發(fā)射功率，導(dǎo)致信號(hào)覆蓋范圍縮小，當(dāng)使用高增益的天線時(shí)，UWB信號(hào)的覆蓋范圍可以達(dá)到1000m左右，但使用普通天線時(shí)只能達(dá)到10～20m的覆蓋范圍。