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一、超宽带信号的定义及其特点

两个常用概念

能量带宽：

相对带宽：

定义

1990年美国军方首次提出“超宽带”这一概念，并规定在-20dB处的绝对带宽大于或相对

带宽大于25%的任何信号均称之为超宽带信号。2002年，FCC对美国军方的定义作了修改，规定

信号-10dB绝对带宽大于或相对带宽大于、等于20%，就称之为超宽带信号。这个定义使得超宽

带信号不再局限于脉冲发射.

超宽带技术的特点

超宽带技术在历史上还有其他的名称，如脉冲无线电(ImpulseRadio)，时域脉冲，无载波

技术等。上述名称反映了超宽带信号在时域上持续时间极短，在频域上覆盖了很宽的频带这个

典型特点。超宽带技术具有如下优势:

(1)辐射谱密度低

超宽带通信系统使用很低的功率谱密度发射信号，功率谱密度与窄带系统接收端的背景噪

声电平持平。因此，超宽带系统对窄带系统的干扰小，能与其他通信系统共享频谱资源。此外，

低的辐射谱密度使得信号的隐蔽性特别强，被截获

和检测的概率低，保证了通信的安全性。

(2)传输速率高

超宽带极窄脉冲信号的本质特点就是具有极宽的带宽，由香农信道容量公式可知，信道容

量与带宽呈近似线性关系。因此，超宽带系统具有很大的系统容量。超宽带的这种特性非常适

用于高速率数据传输的无线通信系统，理论的最大数据传输速率可达到1GbPs。但是，由于辐射

谱密度低，超宽带系统只能应用于10米内的短距离高速无线通信。

(3)多径分辨能力强

在无线通信系统中，信道情况比较复杂，发射机和接收机之间存在许多障碍物。发射信号

经过多次反射、散射、绕射后经过不同的路径到达接收端。由于经过不同路径的信号其幅度的

衰减和时间的延迟都是不同的，所以在接收端这些信号的叠加会引起信号的衰落，窄带系统尤

为严重。在超宽带系统中，承载数据信息的是持续时间在纳秒级的时间离散窄脉冲，经多径反

射的延时信号与直达信号在时间上是可以分离的。因此，超宽带信号具有很强的分辨多径衰落

能力。

(4)极宽的带宽

一个基带极窄脉冲从时域经傅里叶变换到频域，其频率覆盖范围从直流(DC)到几个甚至十

几个GHz的频率位置。因此，脉冲超宽带系统具有极宽的带宽。无论是人为干扰还是无意识的

干扰只能破坏如此大的频带中的某一小部分频率，对整个信号的衰减不大。

(5)体积小、功耗低

超宽带技术不需要载波，传输的数据(信息)直接调制在持续时间为纳秒级的窄脉冲上，超

宽带信号的辐射功率极低，大大简化了发射机结构。接收机的结构也比较简单，与传统载波通

信系统相比，不需要频率合成器、混频器等复杂的射频电路模块。因此，脉冲超宽带系统的功

耗和成本较低。

二、超宽带技术的历史及研究现状

历史

超宽带技术的历史渊源，最早可追溯到1895年马可尼在意大利用感应线圈和顶负荷天线实

现了英里公里)的火花放电式莫尔斯电报试验，该试验系统符合超宽带无线电这个词的含

义;1942年，LouisdeRosa提交了两项脉冲技术的专利申请;1945年，ConradH.Hoeppner提

出的有关脉冲通信技术的专利申请获得批准;60年代中后期，美国斯伯利电子研究中心的Gerald

Ross博士和HenningHarmuth为脉冲通信技术的发展做出了很大的贡献，他们研究了脉冲传输

系统的主要部件和脉冲收发信机的设计，主要集中在脉冲的产生和检测技术;1974年，Moray申

请了一个能探测地下地貌的雷达系统的发明专利，该系统采用脉冲超宽带技术，这项专利后来

被推广应用在商用领域;1978年，RossGF博士以“时域电磁学及应用”为标题对脉冲超宽带

技术作了比较全面的论述，内容涉及了超宽号的产生和处理技术、时域特征分析技术、天线技

术以及在雷达上的应用等从80年代开始，时域电磁学的研究成果开始被应用于无线通信，特别

是在密径环境下的短程通信。现代超宽带通信的应用开始于1993年美国南加州大学Scholtz教

授提出的超宽带多址通信概念。90年代初，超宽带技术引到了美国军密切关注，开始斥巨资资

助超宽带技术的研究。主要研究军用电台和无线组目标是建立必威体育官网网址性好的通信/定位一体化的移

动网络。

国外研究现状

本世纪以来，国外很多研究