超寬帶通信傳輸技術(shù)研究

　　【摘要】超寬帶通信傳輸技術(shù)(UWB)的出現(xiàn)，解決了因通信量增多，導(dǎo)致電頻譜低效、大量授權(quán)頻段空閑的問題，說明該項技術(shù)對于當(dāng)前通信技術(shù)的幫助巨大。就超寬帶通信傳輸技術(shù)實際應(yīng)用來看，其具有多種形式其中以O(shè)TN-UWB最具代表性。本文為了了解超寬帶通信傳輸技術(shù)，將以有線OTN-UWB為基礎(chǔ)對傳統(tǒng)超寬帶通信傳輸技術(shù)主要問題、關(guān)鍵技術(shù)以及OTN-UWB優(yōu)勢、實現(xiàn)方法進行研究。

　　【關(guān)鍵詞】超寬帶通信傳輸技術(shù);OTN;實現(xiàn)方法

　　《長沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報》以鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導(dǎo)，堅持與時俱進，開拓進取，為通信技術(shù)教育、高等職業(yè)教育服務(wù)，為建設(shè)小康社會服務(wù);本刊從行業(yè)特色、科學(xué)特色、地域特色三方面體現(xiàn)本學(xué)報的辦刊特色;本著立足本院、對外開放的辦刊原則，本刊熱情歡迎校內(nèi)外各方人士惠賜稿件。

　　OTN-UWB應(yīng)用當(dāng)中，OTN主要作為硬件層來使用，利用光傳送網(wǎng)設(shè)備來實現(xiàn)信號發(fā)送、載信號傳輸，通過信號調(diào)整即可實現(xiàn)超寬帶通信傳輸。這種應(yīng)用方式區(qū)別于傳統(tǒng)通信技術(shù)，可以有效提高通信傳輸質(zhì)量，充分利用空閑頻段進行傳輸，此舉可以合理規(guī)劃頻譜資源的利用，因此從某種角度上OTN-UWB屬于頻譜資源規(guī)劃策略。

　　1. 傳統(tǒng)超寬帶通信傳輸技術(shù)主要問題

　　超寬帶通信傳輸技術(shù)出現(xiàn)于90年代中期，在早期應(yīng)用當(dāng)中，該項技術(shù)還不成熟，出現(xiàn)了很多實際問題，而這些問題延續(xù)至近十年也未能得到解決，因此在現(xiàn)代應(yīng)用當(dāng)中，首要目的就是攻克傳統(tǒng)問題表現(xiàn)。就普遍應(yīng)用案例來看，超寬帶通信傳輸技術(shù)主要存在對其他頻段的干擾、通信范圍較小的問題，各問題表現(xiàn)見下文。

　　1.1 對其他頻段的干擾

　　超寬帶通信傳輸技術(shù)的干擾問題是指干擾頻帶現(xiàn)象，這一問題表現(xiàn)在早期應(yīng)用當(dāng)中十分常見，人們?yōu)榱藨?yīng)對此問題，曾嚴(yán)格對該項技術(shù)的發(fā)送功率進行了限制，由此來降低輻射范圍，此項舉措確實起到了一定效果，但在限制超寬帶技術(shù)應(yīng)用得同時，也未能完全消除干擾問題，即無線LAN免授權(quán)頻段等許可頻段的超寬帶干擾依舊存在。此外，早期超寬帶通信傳輸技術(shù)本身的抗干擾能力也較弱，原因在于外界干擾因素的影響。

　　1.2 通信范圍較小

　　實際上早期超寬帶技術(shù)應(yīng)用的通信范圍并不小，但是在人為限制、信號隨距離增長而衰減的條件下，其正常通信的范圍較小。針對這一問題，人們希望通過信號生成、天線選擇和調(diào)制方案等方法來進行優(yōu)化，但得到的成效不如預(yù)期。

　　2. 關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 頻譜感知

　　超寬帶技術(shù)應(yīng)用中頻譜感知是基本功能，該項功能可以探測到頻譜的空洞，隨后切入完成通信。在技術(shù)分類上，頻譜感知可以通過兩種方式來實現(xiàn)，即針對頻段目標(biāo)的干擾溫度進行分析，根據(jù)溫度表現(xiàn)可判斷其是否為空洞;根據(jù)用戶授權(quán)信號進行檢測、識別，判斷其是否屬于空洞，這兩種實現(xiàn)方式中，以后者更具優(yōu)勢，即后者實現(xiàn)頻譜感知功能的復(fù)雜度更低，且準(zhǔn)確性上不輸前者。兩種頻譜感知實現(xiàn)方法的原理見下文。

　　方法一：將信號發(fā)送端作為中心節(jié)點，在離發(fā)射機一定距離處取得發(fā)射功率，將其作為噪聲基準(zhǔn)，隨后對目標(biāo)頻段的干擾溫度進行獲取，對比與噪聲基準(zhǔn)可以形成管理、量化干擾指標(biāo)，如果干擾溫度數(shù)值低于噪聲基準(zhǔn)，則代表其屬于頻譜空洞。方法二：主要采用匹配濾波法、能量檢測法、單節(jié)點本地感知判決、多節(jié)點協(xié)作式感知判決等方法，對用戶授權(quán)信號進行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果可以得到用戶端頻譜功率，依照功率可以直接進行判斷。

　　2.2 信道狀態(tài)估測

　　在成功感知到頻譜空洞的基礎(chǔ)上，為了保障信號傳輸穩(wěn)定，需要進行信道狀態(tài)估測工作，目的在于了解信道容量。如果在不了解信道狀態(tài)的條件下，貿(mào)然進行通信傳輸，就可能因為終端在信道場景當(dāng)中的瞬時變化而導(dǎo)致通信受到干擾，同時當(dāng)瞬時變化發(fā)生頻繁，依舊會形成嚴(yán)重干擾，所以信道狀態(tài)估測十分重要，而要成功進行估測可以采用CSI方法對信道進行定期更新，且重新分配信道資源，由此即兼顧了信道估測，也實現(xiàn)了信道修復(fù)功能。

　　2.3 自適應(yīng)脈沖波形

　　自適應(yīng)脈沖波形是超寬帶通信傳輸技術(shù)與紅外線結(jié)合下的產(chǎn)物，即UWB-IR系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以借助紅外線發(fā)出載信號光線，待光線接入接收端則實現(xiàn)了通信，同時紅外線載信號光線是一種非正弦信號副本，很容易被數(shù)字化，因此在應(yīng)用當(dāng)中就突出表現(xiàn)。在原理上，非正弦信號副本的信號代表了時間函數(shù)，且具有疊加多個函數(shù)的作用，在一般情況下，任意完整的正交系統(tǒng)會采用傅里葉級數(shù)進行展開，同時與等價變換的傅立葉進行變換，這一條件下信號傳輸中的信號序列就可以使信號分割為速率，因此該脈沖信號波形產(chǎn)生超寬帶通信傳輸技術(shù)自適應(yīng)機制可以在正交函數(shù)。

　　3. OTN-UWB優(yōu)勢與實現(xiàn)方法

　　3.1 OTN-UWB優(yōu)勢

　　OTN-UWB(光傳送網(wǎng)-超寬帶技術(shù))是一種典型的借助光纖來實現(xiàn)超寬帶的技術(shù)應(yīng)用形式，其區(qū)別于傳統(tǒng)超寬帶技術(shù)實現(xiàn)方法，具有多種優(yōu)勢，例如抗干擾能力強、通信范圍較大、靈活度高，同時也可以實現(xiàn)上述關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中的各項功能，因此該應(yīng)用形式具有推廣價值。OTN-UWB各項優(yōu)勢具體表現(xiàn)見下文。

　　3.1.1 抗干擾能力強

　　傳統(tǒng)超寬帶技術(shù)實現(xiàn)方法中存在抗干擾能力較弱的問題，但在OTN-UWB當(dāng)中這一問題將得到改善。即OTN作為光傳送技術(shù)，其光載波與傳統(tǒng)信號存在根本上的差別，因此不會被以往干擾因素所影響，說明其抗干擾能力較強，同時因為兩者的差別，光載波并不會對其他頻段造成干擾。此外，光載波雖然不會被傳統(tǒng)信號干擾因素影響，但其也存在影響因素，針對這一點可以采用防護措施來避免影響。

　　3.1.2 通信范圍較大

　　在本身抗干擾能力較強，且不會對其他頻段造成干擾的條件下，就沒有必要再對超寬帶技術(shù)的發(fā)送功率進行限制，隨之可以進行大面積輻射，真正意義上的實現(xiàn)大范圍通信。大范圍通信的實現(xiàn)，代表超寬帶通信的高度發(fā)展，能夠應(yīng)用于各種環(huán)境條件下。

　　3.1.3 靈活度高

　　在OTN技術(shù)條件下，超寬帶光波長電層子波會出現(xiàn)較長的OTN調(diào)度，通過調(diào)度可以使大顆粒信號在整個通信范圍內(nèi)暢通無阻，代表任何信號在各個節(jié)點之間能夠靈活調(diào)度，這在OTN技術(shù)的應(yīng)用上起到了很重要的作用。此外，OTN調(diào)度還具有與SDH網(wǎng)絡(luò)類似的管控功能，即其可以對通信網(wǎng)絡(luò)性能進行監(jiān)督，當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障可在短時間內(nèi)對故障進行定位，且面對故障表現(xiàn)，還可以通過SNCP保護、光層恢復(fù)功能來避免故障影響，這一點與傳統(tǒng)超寬帶應(yīng)用中的1+1保護模式相比，可以更全面的提供安全保障。

　　3.2 OTN-UWB實現(xiàn)方法

　　首先以子站、母站形式設(shè)計OTN硬件層，硬件層由若干OTN設(shè)備組成，其中選擇一個信道容量最大、最穩(wěn)定的作為母站，其余均為子站，子站相互之間存在有線通信連接(光纖光纜)，與母站直接也存在光纖光纜連接關(guān)系，在運行過程當(dāng)中，超寬帶信號通信將先在子站內(nèi)運作，后通過光纖光纜再傳輸回母站，由母站統(tǒng)一接收、處理。其次每個OTN設(shè)備都具備發(fā)出超寬帶頻段信號的能力，在各光纖光纜連接關(guān)系條件下就形成了有線OTN-UWB網(wǎng)絡(luò)。最終為了便于管理，可以在OTN-UWB網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計網(wǎng)管層(網(wǎng)絡(luò)管理層)，即以O(shè)TN調(diào)度中的監(jiān)管功能為基礎(chǔ)，通過該項功能得到流程圖，圖中可以清晰展示OTN網(wǎng)元內(nèi)部各種單板/子架間的光纖連接、告警信息和波長信息，此時OTN網(wǎng)元等用于白盒，可以明確顯示網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)、資源配置以及波長走向。

　　結(jié)語：超寬帶通信傳輸技術(shù)在早期運作當(dāng)中存在多種問題，這些問題都嚴(yán)重制約了該項技術(shù)的應(yīng)用，就這一點本文提出了其中主要問題，同時闡述與超寬帶通信傳輸技術(shù)應(yīng)用的基本功能。后在OTN技術(shù)基礎(chǔ)上提出了OTN-UWB概念，分析了OTN-UWB在應(yīng)用當(dāng)中的優(yōu)勢，了解了此概念的實現(xiàn)方法，通過OTN-UWB可解決傳統(tǒng)超寬帶通信傳輸技術(shù)的問題，并增加其靈活性。

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