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Ad hoc网络物理层 ——超宽带技术 Ad hoc网络多跳共享广播信道带来的直接影响就是存在隐藏终端、暴露终端和入侵终端等问题。这些问题的存在使得传统的无线资源管理与空中接口不再适用于ad hoc网络中。人们也正在根据移动ad hoc的新特性致力于将其与现有通信技术融合，充分采用已有的通信理论和方法为其服务。下面我们将介绍ad hoc网络物理层所涉及的关键技术和新技术。 超宽带(UWB)调制技术采用上升和下降时间都非常快的基带脉冲成形，这样脉冲占用的带宽高达几GHz，因此最大数据传输速率可达几百Mbit／s。这样避免了传统的窄带调制技术所需的上变频过程。另外由于发射机的脉冲成形不经过上变频直接用于天线，UWB技术可以利用低成本的宽带发射设备。 UWB应用于ad hoc网络能更好的发挥其特殊优势。UWB能支持很高的数据速率，UWB可以通过对一些参数进行调整实现对数据速率的重新配置，以更好的满足数据流的需求；由于不需要复杂的同步设备和采用了极其简单的接收结构，UWB无线没备比采用传统技术的终端设备轻便；由于UWB技术具有距离、速度和功率的互换性，采用UWB的ad hoc网的路由选择要综合考虑发射功率、跳数和传输速率因素，使整个网络的无线资源利用率以及网络吞吐量达到最优。 一、UWB技术背景 对超宽带（UWB，ULTRA-Wideband）无线技术（简称UWB技术）的起源众说纷纭，从目前的学者研究工作来看大约可以追溯到20世纪50年代末和60年代初。那时，研究工作在于通过冲击响应特性来描述某一些微波网络的瞬态行为。其实概念很简单，就是使用所谓的冲击响应h（t）——冲击激励来表征一个线性时变系统，以取代传统的频率响应（幅值与相位值相对与频率值）方法。 特别是，对于一个系统的任意输入信号x（t），其输出信号y（t）可以唯一地由输入信号与冲击激励的卷积来确定。 然而，实际上直到采样示波器和亚纳秒（基带）脉冲发生技术出现之后才为这样的冲击激励提供了近似方法、观测和测量方法。从此超宽带技术有了快速的发展。 1960年代，美国军方开始对UWB技术秘密研究，主要用于军事上的雷达和低截获率/低侦测率通信系统以及穿地雷达、穿墙成像等应用范围之内。 1989年美国国防部(DARPA)首次提出了“超宽带”的概念，并进行了定义，即一20dB相对带宽大于25%或绝对带宽大于1.5GMHz。 1993年，美国南加州大学通信科学研究所的R. A. Scholtz在国际军事通信会议(MILCOM‘93)发表论文，论证了采用冲激脉冲进行跳时调制的多址技术，从而开辟了将冲激脉冲作为无线电通信信息载体的新途径。 近年来，随着微电子器件技术和工艺的提高以及信号处理技术的发展，UWB技术开始应用于民用领域，并在国际上掀起了对其研究、开发和应用的热潮，被认为是下一代无线通信的革命性技术。为了促进并规范UWB技术的发展，美国联邦通信委员会(FCC )于1998年发起了制定UWB发射功率限制标准的活动，经过激烈的讨论，在2002年2月14日发布了UWB无线设备的功率限制规范，并重新对UWB进行了定义。按照FCC的定 义，UWB系统的相对带宽大于20%或绝对带宽大于等于500MHz。 这里相对带宽的定义为:辐射带宽与其中心频率之比大于20%。 式中: 和 分别为系统的高端和低端频点(按-10dB计算，也就是功率较峰值功率下降10dB时所对应的高端频率和低端频率)。如下图所示： 从FCC的定义可以看出，现在的UWB已不仅仅局 限于最初的脉冲通信了，而是包括了任何使用超宽频谱(带宽大500MHz或相对带宽大于20%)的通信形式。另外，FCC还规定了UWB室内通信、室外手持设备、穿墙成像、医疗成像等多种应用条件下使用频谱的限制。FCC规定室内UWB通信的实际使用频谱范围为3.1-10.6GHz，并在这一范围内，有效全向辐射功率(Effective Isotropic Radiated Power, EIRP).不超过-41. 3dBm/MHz。 FCC对超宽带系统频带限制的放开，在UWB的发展史上具有着里程碑意义，是超宽带走向商业化的重要标志，超宽带技术将会带来一个无线通信的新时代。正如Time Domain公司总裁Ralph Petroff所说， “目前超宽带通信技术还不为众人所知，但此项技术将会对以后的社会和经济带来重大影响”。 “它现在的位置就像Internet在1993到1994年的时期一样”。 二、什么是UWB?