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超宽带（UWB）卫星技术的发展方向

摘要本文首先介绍了超宽带（UltraWideband，UWB）技术特点，基于

美国等国开展的天基超宽带应用试验浅析超宽带技术在国外卫星应用中的发展

方向，为我国未来天基超宽带试验系统的搭建提供帮助。

关键词超宽带技术；卫星技术；发展方向

0引言

超宽带技术利用脉冲信号调制形成扩频宽带信号，具有通信速率高、复杂度

低、功耗小、成本低、抗多径、抗干扰、安全性高等特点[1]。随着手持智能终

端设备的增加，人们对数据传输速率的需求从最初的几十kbps发展到现在的几

Gbps，超宽带无线通信引起了人们的注意，图1给出了UWB技术的简要发展过

程。

1超宽带（UWB）卫星技术

日本人YoshioKUNISAWA等给出了一种UWB卫星系统设计[2]，采用FSS

系统，工作频段为Ka波段，使用卫星转发器实现Ka波段信号与UWB信号之

间的变换。

自2006年起，NASA提出了一系列与太空探测应用相关的UWB技术适用

方向。NASA设计了用于月球或火星探测SCOUT车（Sciencecrewoperationsand

utilitytestbed）的UWB跟踪系统[1]。由于地外星体上没有GPS类的导航定位系

统，因此，需要额外开发一种定位跟踪系统来为宇航员操控SCOUT服务。UWB

技术由于其系统简单、定位精度高、抗干扰能力强等优势被选中作为空间跟踪系

统的首选。NASA在亚利桑那州流星陨石坑旁的开阔地带进行了远程现场测试，

结果表明UWB系统具有很好的跟踪性能，跟踪误差仅为1%，跟踪距离达到

1km[3]。此外，NASA还提出了适用于月球表面探测的UWB通信与跟踪一体化

系统[4]，系统使用了UWBRFID技术，采用TDOA高精度跟踪定位算法，实验

室试验证明可以达到厘米级的定位精度。

人们希望为他们服务的宽带卫星数据传输带宽越大越好，最好达到Gbps的

量级。因此，2008年欧洲开展了地球同步轨道W波段（70-110GHz波段）UWB

卫星技术可行性研究[2]。目前在轨同步轨道通信卫星系统中，W波段是一个大

而几乎无干扰的频谱部分。出于这个原因，它在理论上可以使“天地”通信链路接

近Gbps的数据速率这一“梦想目标”。这项工作目的是在提出一种新颖的PHY层

设计的基础上，设计了适用于该频段的基于扁长椭球波函数的超宽带成形脉冲

（PSWF），通过采用信道编解码的方式抗多径干扰。实验结果表明使用PSWF

做为发射信号的W波段UWB卫星系统可以降低误码率，增加链路可靠性，表1

给出了链路预算。

2010年，有人将认知无线电（CR）概念与UWB技术应用到卫星与地面通

信系统中来，提出了认知卫星地面无线电（CognitiveSatelliteTerrestrialRadios，

CSTR）概念[7]。认知无线电技术能够大幅度提高系统的频谱利用率，被认为

能有效解决目前的频谱资源匮乏问题。未来卫星地面终端数量较多，存在多个终

端同时接入时信道比较拥挤，可能会存在频谱重叠等问题。因此，需要利用认知

无线电技术进行地面终端动态接入，同时使用UWB和卫星通信技术联合完成局

域网短距地面通信。

3结论

采用UWB卫星技术已经形成了许多新型空间应用领域，为星载UWB技术

的发展提供了商机。美、日、俄、欧洲等许多国家发现了空间UWB技术未来的

应用潜力，开展了很多相关的研究，尽管如此，目前基于UWB技术的通信卫星

尚停留在概念研究阶段，尚无在轨运