引言
個人局域網(wǎng)（PAN）是近幾年在短距離（家庭與小型辦公室）無線通信技術(shù)領(lǐng)域提出來的新概念。PAN 的核心思想是用新的無線傳輸技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線傳輸技術(shù) ，實現(xiàn)個人信息終端的智能化互連 ，組建個人化的辦公或者家用信息網(wǎng)絡(luò)。目前已實現(xiàn)的 PAN 技術(shù)主要有 ： 超寬帶 （Ultra-Wideband ，UWB） 、 藍(lán)牙 （Bluetooth）、 IrDA（Inf rared Data Ass oc iati on） 以及HomeRF 等。 其中超寬帶具有性能高、 功耗低的優(yōu)點 ，這使得超寬帶成為個人局域網(wǎng)（PAN）研究領(lǐng)域中最富有競爭力的技術(shù)之一。
1 超寬帶無線傳輸系統(tǒng)
超寬帶無線技術(shù)可縮寫為 “UWB”。超寬帶技術(shù)是一種使用 1 GH z 以上帶寬的最先進(jìn)的無線通信技術(shù)。 由于頻帶非常寬 ，所以雖然是無線通信 ， 其通信速度仍可以達(dá)到幾百M(fèi)bps 以上。超寬帶的特點在于不使用載波 ，而是采用沖激脈沖（超短脈沖）。超寬帶發(fā)射機(jī)端的脈沖電波是直接按照0或1發(fā)送的 ，由于只在需要時發(fā)送脈沖電波 ，因而大大減少了耗電量 ，可把電路的功耗降低到幾十毫瓦。 因此與常規(guī)的無線電相比 ，超寬帶具有頻帶寬、 平均功率低、抗截獲性能好、穿透能力強(qiáng)、成本低以及優(yōu)良的抗多徑效應(yīng)能力。
1. 1 超寬帶 （UWB） 的信號模型
超寬帶 （UWB）技術(shù)指具有很高帶寬比（射頻帶寬與其中心頻率之比）的無線電技術(shù)。 超寬帶發(fā)射信號的分?jǐn)?shù)帶寬（帶寬與中心頻率之比）大于 25 %。 實現(xiàn)超寬帶通信的首要任務(wù)是產(chǎn)生超寬帶信號。 超寬帶從本質(zhì)上講還是發(fā)射和接收高頻電磁脈沖的技術(shù) ，可使用不同的方式來產(chǎn)生和接收這些信號以及對傳輸信息進(jìn)行編碼 ，這些脈沖可以單獨(dú)發(fā)射或成組發(fā)射，并可根據(jù)脈沖幅度、相位和脈沖位置對信息進(jìn)行編碼。 信號模型有 ：脈沖位置調(diào)制 （ PPM） 、 脈沖幅度調(diào)制 （ PAM）、UWB-CDMA。 在超寬帶通信中 ， 一般采用PPM對信號進(jìn)行調(diào)制 ，擴(kuò)頻方式采用跳時（TH）擴(kuò)頻。PPM信號模型如公式 （ 1）所示 ：
其中W（t）是發(fā)送的單周期脈沖 ，
滿 足代表多用戶系統(tǒng)中第 k 個用戶 ，tf為脈沖重復(fù)周期，wd［ ］tf，d是信息序列 ，δ表示由信息序列控制的發(fā)射脈沖時延 ， 每Ns個單周期脈沖波形傳送一個二進(jìn)制符號，d 表示傳送的二進(jìn)制“0” 和“1”序列 ，“［ ］”表示取整運(yùn)算，tc是由PN碼控制的發(fā)射脈沖時延
表示了所發(fā)射的沖激脈沖串中第j個脈沖的起點， 
為第k用戶PN碼的第j個碼元 ，最大值為 NmaxC（k）j ，PN碼周期為 Np 。
1. 2 超寬帶技術(shù)的發(fā)射接收框架
通過上文對信號模型的分析可知 ，研究超寬帶技術(shù)實質(zhì)上是以占空比很低的沖激脈沖作為信息載體的無載波擴(kuò)譜技術(shù)。典型的超寬帶無線電直接發(fā)射沖激脈沖串 ，不再具有傳統(tǒng)的中頻和射頻的概念 ，此時發(fā)射的信號可以看成基帶信號也可看成射頻信號。沖激脈沖通常采用單周期高斯脈沖 ，一個信息比特可映射為數(shù)百個這樣的脈沖。 單周期脈沖的寬度在納秒級 ，具有很寬的頻譜。PPM 和 PAM 是超寬帶技術(shù)的主要調(diào)制方式 ，其多址方式為脈沖位置多址 （ PPMA） ，由跳時PN 碼和信息比特共同控制沖激脈沖的發(fā)射時刻。 超寬帶通信系統(tǒng)有其特有的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ，圖1所示的是采用 PPM 調(diào)制的超寬帶系統(tǒng)框圖。 發(fā)射端對輸入的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流進(jìn)行PPM調(diào)制后發(fā)射 ; 接收機(jī)采用相關(guān)接收 ，輸入脈沖通過脈沖相關(guān)器 ，然后進(jìn)行脈沖序列積分 ，最后檢測判決。
2 個人局域網(wǎng)中的超寬帶技術(shù)
2. 1 未來無線個人局域網(wǎng)
近年在短距離（家庭與小型辦公室） 無線通信技術(shù)領(lǐng)域提出了個人局域網(wǎng)的概念。 無線個人局域網(wǎng)（ WPAN） 指的是能在便攜式電器和通信設(shè)備之間進(jìn)行短距離特別連接 （ad hocconnectivity）的網(wǎng)。WPAN 的覆蓋范圍一般在10m半徑以內(nèi) ，需要高速率無線網(wǎng)絡(luò)的支持和服務(wù)。 高速率WPAN主要是針對未來的多媒體應(yīng)用 ，它在便攜式電器和通信設(shè)備之間建立無線連接 ，是比WLAN 覆蓋范圍更小、數(shù)據(jù)速率更高、有一定Qos保證、使用更靈活的一種網(wǎng)絡(luò) ，在未來的第四代移動通信中也將占有一席之地。
為了給高速率WPAN制定標(biāo)準(zhǔn)，IEEE專門成立了一個802.15.3 高速率WPAN任務(wù)組。802.15.3物理層工作在2.4GHz和 2.4835 GHz之間的不需許可證頻段。 數(shù)據(jù)速率可達(dá) 11Mbit/s ～55Mbit/s ，適合高清晰度視像和高保真度聲音的配送。 802.15.3 媒體接入控制 （ MAC） 層規(guī)范是根據(jù)支持特別網(wǎng)、 提供多媒體Qos和支持功率管理來設(shè)計的。 與無線局域網(wǎng)相比 ，802.15.3 高速率WPAN技術(shù)具有特別適合便攜式消費(fèi)者電器和通信設(shè)備及其應(yīng)用的特點。表1給出了IEEE 802.15.3 高速率WPAN標(biāo)準(zhǔn)。
