Chapter 2
第2章
无人机到可穿戴设备系统的超宽带通道测量与建模

2.1 引言

在过去的几十年里，无线技术所使用的信号带宽有上升趋势。这种上升趋势背后的主要原因是对数据量需求更高的多媒体技术的普及以及用户群的增加。超宽带（UWB）无线电是这一趋势的创造者之一，超宽带技术占用的带宽大于或等于500 MHz，利用这个大带宽来实现高数据率。除了大带宽外，超宽带的主要优势可以列举如下：

（1）功耗低，速率高。超宽带的接收功率非常接近本底噪声[1-5]。

（2）对占空比的控制使得电池的寿命增长。

（3）可探测概率低。因为它接近本底噪声，任何企图干扰或窃听动作都会使信号变得嘈杂[6]。

（4）小波长和低功率使得超宽带成为以身体为中心搭建的无线网络的最优选择[3，4]。

这些优点使得超宽带最适合用于可穿戴设备通信。此外，联邦通信委员会（FCC）关于-41.3 dBm或75 nW/MHz的功率限制准则将超宽带技术确定为非故意干扰源。因此，它可以与其他无线技术共存，例如超宽带与2.4 GHz（Wi-Fi、蓝牙）通信之间的干扰较小甚至没有干扰，这一事实加强了超宽带技术在可穿戴设备通信中的应用。

同时，无人机正被用于远程医疗运送服务，特别在偏远地区。无人机还被用于需要快速响应的紧急医疗运送服务中，如心脏骤停时[7-10]。无人机的一个潜在应用是通过可穿戴贴片设备直接监测病人的健康[1，7，10-12]。本章的研究进一步探讨了超宽带技术与基于无人机的健康监测应用。这种包含无人机和可穿戴天线的系统也被称为无人机到可穿戴设备（UAV2W）系统[1]。

参考文献[1]考虑了带宽不同的超宽带在室内环境下的信道建模。它通过考虑完整的超宽带带宽（7.5GHz）来研究人体信道，同时也研究了两种不同的环境和姿势对信道的影响。此外，参考文献[5，13-15]已经在2.45GHz下进行了基于人体的无线电信道表征和建模，但没有在超宽带的频率上进行研究。参考文献[16-18]在一个封闭的场景中进行了远离人体的无线电信道研究，天线放置在独立的位置。另一个最接近的研究是参考文献[2-3]，它在没有真实的人类参与的情况下进行了远离人体和体表的信道特性研究。据我们所知，这是最早考虑在7.5GHz带宽下人类和无人机之间的超宽带信道特性的研究工作之一，它还进一步研究了不同的环境和不同身体姿势对超宽带系统的影响。