通信技术领域中对于超宽带无线的应用

梁云杰

（应急管理部消防救援局，北京100054）

超宽带无线技术利用脉冲信号来传递信息，其相对带宽大于25%、中心频率大于500MHZ，是一种无线载波通信技术，其在通信技术领域中的应用，相对于传统无线通信技术具有很大的优势。2019 年苹果公司发布了带有超宽带（UWB）收发器的iphone11，使得超宽带无线在社会各领域中重新得到了广泛的关注。

1 超宽带无线通信技术的应用优势

1.1 实现短距离通信

资料表明，通信信号的强弱与无线通信空间距离的长短有着直接的关系，空间距离越长，信号传输的损耗越多，通信质量就会越差。一般超宽带无线技术应用在空间距离小于12km 的范围内，其信道容量能够保持额定值不变，当空间距离超出12km 时，超宽带无线的信道容量将大幅下降，且小于窄带宽系统的信道容量。因此，超宽带无线一般在短距离通信方面有着巨大的优势，可在短距离通信范围内，增强信息传递的可靠性。

1.2 传输速率高

超宽带无线通信技术传输信号过程中，采用脉冲作为信号的载体，因此其传输时间相对较短，传输时所占带宽一般控制在1～10GHZ。超宽带无线通信技术使用的是千兆HZ 的频带，传播速率可以达到Mbit/s 或几百Mbit/s，可高于蓝牙技术的100 倍，也普遍高于IEEE802.11a 和IEEE802.11b，即使发送信号功率谱的密度较低,也可以达到100～500Mb/s 的传输速率。

1.3 分辨率高

由于传输信号时采用的是持续时间较短的窄脉冲，因此其传递的信息具有较高的分辨率和多径分辨率，能够在工程领域中提高测距、定位、跟踪的数据精度。同时此种信号传输的方式对介质的穿透率比较高，可以有效突破空间中的介质障碍，如墙壁、门窗等，其在通信技术领域得以广泛的应用，可大幅提升人们的工作效率。

1.4 发射功率低

超宽带无线通信在短距离空间内进行信号传输时，可在一定程度上增强信号传输的强度，同时还能够将信号发射设备的工作频率降至最低，一般通信设备的发射功率小于1mW 时，也能达到较高的通信效果。相关技术标准表明，超带宽无线通信技术发射功率不可高于-41.3d Bm/MHz，其发射时产生的信号干扰相当于一宽带的噪声功率，这说明信号传输时的隐蔽性相对较好具有极高的保密性，不会被轻易截获，在网络信息传播高度发达的今天，可有效保障用户的信息安全。

1.5 抗干扰能力强

超宽带无线在通信领域应用过程中，一般采用的是跳时扩频信号，此种信号在发射时，能够把无线电脉冲信号扩散到广域频带上，使得输出功率相对较小，接收端接收信号时，能够将原信号的能量全部还原，同时还能在解扩时产生信号增益的效果。这说明超宽带无线通信技术的抗干扰能力相对较强，能够有效解决特定空间范围内信号屏蔽设备对信息传递产生的干扰问题，可降低信号传输的损耗，从而有效提高信号传输的质量[1]。

1.6 支持多跳扩大网络覆盖范围

在互联网技术中，多跳网格是由多个节点构造而成的，在网络覆盖范围内的的移动设备都可通过无线网络连接在一起，所有无线设备节点均可以同时作为AP 和路由器，实现设备间的直接通信。当前人们对无线通信数据传输的速率要求越来越高，在此情况下网络覆盖范围将大幅降低，超宽带无线通信技术中的中继器能够有效构建起多跳网络，达到扩大网络覆盖范围的作用，从而使超宽带无线通信技术同时具有传输速率高、覆盖范围广的使用优势。

2 超宽带无线通信技术应用的途径

2.1 个域网

当前现有的无线通信方式，如802.11b、蓝牙等普遍存在着传播速率慢的特点，不适合传输视频或高精度图片等数据信息，给人们的工作生活带来了诸多不便，而超宽带无线通信技术能够实现在10m 距离内，以110 Mb/s 的数据传输率进行文件下载和视频导入、导出的操作，可大幅提高人们的工作效率和娱乐体验。超宽带无线通信技术应用起来较为方便，通信系统搭建比较容易，其发射信号功率谱密度相对较低，应用时保密性较强，比较适合在密集多径场所进行高速无线接入，在个域网（WPAN）或无线局域网（WLAN）的搭建中使用此技术能够大幅提高用户体验感。

2.2 智能交通

利用超宽带无线通信技术可以在市政交通体系内建立起一个完善的智能交通管理系统，此系统一般由站台装置和车载装置共同组成一个无线通信网络，两种通信装置可通过超宽带无线技术实现各种管理功能[2]。2019 年5 月深圳市11 号线列车即在5G 超宽带车地无线通信技术应用的前提下实现了智能运行。在5G 超宽带车地无线通信技术的应用部署下，地铁系统有效解决了地下空间中无线网络带宽不足、传输速率不稳、车载数据容量超负荷以及人工处理硬盘数据效率低的问题，其传输速率达1.5Gbps，在5G 技术不断提升的发展趋势下，未来超宽带无线通信技术的传输速率将达到3Gbps，可在150 秒内实现50GB 的数据双向传输，可进一步提升地铁无线局域网运行的效率，提高列车运行的安全性。

2.3 应急救援现场

超宽带无线通信技术能够被广泛应用于应急救援现场，如火灾、地震、泥石流、洪涝等自然灾害的应急救援活动就经常应用这一网络技术，将现场救援情况以高清视频的形式快速传输到救援指挥中心，以此来提高应急事件处理的效率、确保作战人员与现场灾民的安全性。在城市火灾救援中，高楼建筑对网络通信信号形成了较为严重的遮挡，普通无线通信技术无法在消防人员进行建筑物内部进攻时实现良好的通信，这对火灾救援十分不利，而超宽带无线通信技术可在1～2 公里范围内对消防应急人员进行精准定位，其定位精度一般可控制在30cm 之内，能够有效传递火灾现场救援情况的同时，保障消防人员的生命安全，救出被困人员。地震、泥石流等自然灾害多发于偏远山区，其信号覆盖范围要求极大，使用超宽带无线通信技术制造穿墙雷达，能够在矿场开采勘测以及灾害搜救过程中发挥其最大的价值，救援人员能够借助其信号穿透力强的特点，感应到墙体对面的信号源，从而能够明确建筑中被困人员的具体位置，有效提高人员搜救的效率。

2.4 无线传感器

由于超宽带无线通信技术具有应用低成本、低耗能且抗干扰能力强的特点，可将该技术应用于无线传感器上，有效应用于建筑质量检测、环境检测以及地质灾害的监测。虽然当前超宽带无线通信芯片及其他技术应用产品还未在市场中广泛流通，相关应用还未得到有效开发，但在5G 技术的推动下，无线传感器网络应用的市场空间将越来越广阔。

2.5 军事通信

在军事通信领域中，军队的通信活动保密性要求极强，然而当前信息技术的发展仍存在许多局限，黑客攻击事件频频发生，一旦在军事演习或军事战争中发生信息泄露，将会对军队和军事局势产生严重的后果。超宽带无线通信技术的研发源于军事通信领域，其保密性能是该技术应用于军事通信领域的决定性因素。随着超宽带无线通信技术水平的不断提高，在当前军事活动中应用此技术，军队间的通信信号几乎很难被敌方检测到，因此当前其仍是军事通信领域常用的通信技术之一。

随着各国间国防力量的不断加强，超宽带无线通信技术还可应用于智能弹药高精度传感器和作战人员的作训装备上，不仅可以大幅提升军队战斗力，还可为指挥中心实时提供作战人员的具体位置，从而提升作战人员执行任务的安全性。另外在科技创新发展的背景下，应用于监狱外服人员的智能监控定位系统也是依靠超宽带无线通信技术而实现的，为社会治安提供了安全保障[3]。

3 结论

综上所述，世界工业进入4.0 时代背景下，人们的生产生活对无线通信技术的应用需求大幅提高，超宽带无线技术是现代科学技术发展与社会时代潮流变革的产物，为人们的工作与生活带来了极大的便利。当前通信技术领域深受容量与有限的频谱资源分配等问题的干扰影响技术的创新发展，超宽带无线技术为通信技术领域提供了一条有效解决发展瓶颈的途径，在5G技术的推动下，超宽带无线通信技术将得到更为广泛的应用。