Chapter 2
第2章
無人機到可穿戴設備系統的超寬帶通道測量與建模

2.1 引言

在過去的幾十年里，無線技術所使用的信號帶寬有上升趨勢。這種上升趨勢背后的主要原因是對數據量需求更高的多媒體技術的普及以及用戶群的增加。超寬帶（UWB）無線電是這一趨勢的創造者之一，超寬帶技術占用的帶寬大于或等于500 MHz，利用這個大帶寬來實現高數據率。除了大帶寬外，超寬帶的主要優勢可以列舉如下：

（1）功耗低，速率高。超寬帶的接收功率非常接近本底噪聲[1-5]。

（2）對占空比的控制使得電池的壽命增長。

（3）可探測概率低。因為它接近本底噪聲，任何企圖干擾或竊聽動作都會使信號變得嘈雜[6]。

（4）小波長和低功率使得超寬帶成為以身體為中心搭建的無線網絡的最優選擇[3，4]。

這些優點使得超寬帶最適合用于可穿戴設備通信。此外，聯邦通信委員會（FCC）關于-41.3 dBm或75 nW/MHz的功率限制準則將超寬帶技術確定為非故意干擾源。因此，它可以與其他無線技術共存，例如超寬帶與2.4 GHz（Wi-Fi、藍牙）通信之間的干擾較小甚至沒有干擾，這一事實加強了超寬帶技術在可穿戴設備通信中的應用。

同時，無人機正被用于遠程醫療運送服務，特別在偏遠地區。無人機還被用于需要快速響應的緊急醫療運送服務中，如心臟驟停時[7-10]。無人機的一個潛在應用是通過可穿戴貼片設備直接監測病人的健康[1，7，10-12]。本章的研究進一步探討了超寬帶技術與基于無人機的健康監測應用。這種包含無人機和可穿戴天線的系統也被稱為無人機到可穿戴設備（UAV2W）系統[1]。

參考文獻[1]考慮了帶寬不同的超寬帶在室內環境下的信道建模。它通過考慮完整的超寬帶帶寬（7.5GHz）來研究人體信道，同時也研究了兩種不同的環境和姿勢對信道的影響。此外，參考文獻[5，13-15]已經在2.45GHz下進行了基于人體的無線電信道表征和建模，但沒有在超寬帶的頻率上進行研究。參考文獻[16-18]在一個封閉的場景中進行了遠離人體的無線電信道研究，天線放置在獨立的位置。另一個最接近的研究是參考文獻[2-3]，它在沒有真實的人類參與的情況下進行了遠離人體和體表的信道特性研究。據我們所知，這是最早考慮在7.5GHz帶寬下人類和無人機之間的超寬帶信道特性的研究工作之一，它還進一步研究了不同的環境和不同身體姿勢對超寬帶系統的影響。