超宽带（UWB）技术一、UWB技术简介UWB(Ultra Wide Band)是一种短距离的无线通信方式。

其传输距离通常在10m以内，使用1GHz以上带宽，通信速度可以达到几百Mbit/s以上。

UWB不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此，其所占的频谱范围很宽，适用于高速、近距离的无线个人通信。

美国联邦通讯委员会(FCC)规定，UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工作频宽为500MHz。

超宽带传输技术和传统的窄带、宽带传输技术的区别主要有如下两方面：一个是传输带宽，另一个是是否采用载波方式。

从传输带宽看，按照FCC的定义：信号带宽大于1.5G或者信号带宽与中心频率之比大于25％的为超宽带。

超宽带传输技术直接使用基带传输。

其传输方式是直接发送脉冲无线电信号，每秒可以发送数1O亿个脉冲。

然而，这些脉冲的频域非常宽，可覆盖数Hz～数GHz。

由于UWB发射的载波功率比较小，频率范围很广，所以，UWB对传统的无线电波影响相当小。

UWB的技术特点显示出其具有传统窄带和宽带技术不可比拟的优势。

二、UWB技术的发展历程现代意义上的超宽带UWB 数据传输技术，又称脉冲无线电( IR ， Impulse Radio) 技术，出现于1960年，当时主要研究受时域脉冲响应控制的微波网络的瞬态动作。

通过Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究， UWB 技术在70 年代获得了重要的发展，其中多数集中在雷达系统应用中，包括探地雷达系统。

到80 年代后期，该技术开始被称为"无载波"无线电，或脉冲无线电。

美国国防部在1989 年首次使用了"超带宽"这一术语。

为了研究UWB在民用领域使用的可行性，自1998 年起，美国联邦通信委员会( FCC) 对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题开始广泛征求业界意见，在有美国军方和航空界等众多不同意见的情况下，FCC 仍开放了UWB 技术在短距离无线通信领域的应用许可。

这充分说明此项技术所具有的广阔应用前景和巨大的市场诱惑力。

2003年12月，在美国新墨西哥州的阿尔布克尔市举行的IEEE有关UWB标准的大讨论。

那时关于UWB技术有两种相互竞争的标准，一方是以Intel与德州仪器为首支持的MBOA标准，一方是以摩托罗拉为首的DS-UWB标准，双方在这场讨论中各不相让，两者的分歧体现在UWB技术的实现方式上，前者采用多频带方式，后者为单频带方式。

这两个阵营均表示将单独推动各自的技术。

虽然标准尘埃未定，但摩托罗拉已有了追随者，三星在国际消费电子展上展示了全球第一套可同时播放三个不同的HSDTV视频流的无线广播系统，就采用了摩托罗拉公司的Xtreme Spectrum芯片，该芯片组是摩托罗拉的第二代产品，已有样片提供，其数据传输速度最高可达114Mbps，而功耗不超过200mw。

在另一阵营中，Intel 公司在其开发商论坛上展示了该公司第一个采用90nm技术工艺处理的UWB芯片；同时，该公司还首次展示多家公司联合支持的、采用UWB芯片的、应用范围超过10M的480Mbps无线USB技术。

在5月中旬由IEEE802.15.3a工作组主持召开的标准大讨论会议上对这种技术进行投票选举UWB标准，MBOA获得60%的支持，DS-UWB获取40%的支持，两者都没有达到成为标准必须达到75%选票的要求。

因此标准之争还要持续下去。

美国在UWB的积极投入，引起欧盟和日本的重视，也纷纷开展研究计划。

由Wisair、Philips等六家公司和团体，成立了Ultrawaves组织，研究家庭内，UWB在AV设备高速传输的可行性研究。

位于以色列的Wisair多次发表所开发的UWB芯片组。

STMicro、Thales集团和摩托罗拉等10家公司和团体则成立了UCAN 组织，利用UWB达成PWAN的技术，包括实体层、MAC层、路由与硬件技术等。

PULSERS是由位于瑞士的IBM研究公司、英国的Philips研究组织等45家以上的研究团体组成，研究UWB的近距离无线界面技术和位置测量技术。

日本在2003年元月成立了UWB研究开发协会，计有40家以上的学者和大学参加，并在同年3月构筑UWB通信试验设备。

多个研究机构可在不经过核准的情况下，先行从事研究。

中国在2001年9月初发布的"十五"国家863计划通信技术主题研究项目中，首次将"超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术"作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研究工作。

在UWB的专业IC设计公司已有数家，如Time Domain，Wisair，Discrete Time Communications.最具代表性的Xtreme Spectrum在2003年夏天被摩托罗拉并购，该公司在2002年7月推出芯片组Trinity及其参考用电路板，芯片组由MAC、LNA、RF、Baseband所组成，耗电量为200mW，使用3.1G至7.5GHz频段，速度为100Mbps。

为了争夺未来的家庭无线网络市场，许多厂商都已推出了自己的网络产品，如Intel 的Digital Media Adapter，Sony的RoomLink(这两种适配器应用的是802.11)，Xtreme Spectrum 则推出了基于UWB 技术的TRINITY芯片组和一些消费电子产品。

而Microsoft推出了WindowsXP Media Center Edition以确保PC 成为智能网络的枢纽。

三、UWB技术特点及优势（1）传输速率高：理论上，一个宽度趋于0的脉冲具有无限的带宽，因此，UWB即使把发送信号功率谱密度控制得很低，仍可实现高达100Mbit/s—500Mbit/s的传输速率。

在民用方面，UWB脉冲宽度一般为纳秒级。

如果一个脉冲代表一个数位，那么，理论上UWB可达1Gbit/s的速率，这样在实际中实现100Mbit/s以上的速率是完全可能的。

（2）发射功率低、功耗小：因为不使用载波．UWB仅在发射窄脉冲时消耗少量能量。

从而省略了发射连续载波的大量功耗。

这使得UWB在通过缩小脉冲宽度的同时提高带宽，并且不增加功耗。

这就打破了过去任何一项传输技术的功耗和带宽成正比的定律。

在短距离应用中，UWB发射机的发射功率通常低于1mw，这也是FCC为了避免对其它设备造成干扰而对UWB做出的技术指标要求。

虽然现在实际上使用芯片实现后的整体电路能耗在300mw左右，但随着技术的不断成熟和进步，这项指标随之会降下来。

（3）UWB通信的保密性强：作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。

由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且大多数情况下，UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。

采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。

（4）UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落：多径衰落是指反射波和直射波叠加后造成的接收点信号幅度随机变化，而UWB系统每次的脉冲发射时间很短，在反射波到达之前，直射波的发射和接收已经完成。

因此，UWB系统特点适合于高速移动环境下使用。

更重要的是，UWB通信又被称为是无载波的基带通信，UWB通信系统几乎实现了全数字化，所需要的射频和微波器件很少，这样可以减小系统的复杂性，降低成本。

（5）定位精准：采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。

超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内；与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级，此外，超宽带无线电定位器更为便宜。

（6）工程简单，造价便宜：在工程实现上，UWB比其它无线技术要简单得多，可全数字化实现。

它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，设备的成本将很低。

四、UWB技术的应用UWB的用途主要可分为军事和民用两个方面。

UWB技术原本是为军事目的而开发，但巨大的民用市场使得UWB被批准对民用开放后迅速成为民用通信的研究热点。

1、军事应用（1）军事通信军事通信的要求呈现出大容量、低截获（LPI/D）、高速率的特征，UWB可以满足这些要求。

（2）军事雷达与导航UWB技术可以实现雷达、定位、通信三种功能相结合的产品，特别适合雷达监测分辨率和小型化的要求，使于安装在小型飞机和移动战车上。

另外，UWB技术在穿墙/地成像探测雷达、警戒雷达、高精度定位导航系统等领域有着广泛的应用价值，这些技术有的在美军中已处于实战配备前的阶段。

2、民用UWB在无线个域网、高速数据传输等方面市场广阔，前景诱人。

其应用发展趋势将主要集中在以下几个方面。

（1）无线个人空间网络（WPAN）也被称作家庭网络，是UWB的主要发展方向之一。

如今，家庭电子消费产品层出不穷，随着网络技术的发展，人们希望将家庭娱乐系统与Internet连接到一起，可以在任何地方使用。

因此，将Ad hoc网络技术、IEEE1394接口标准与UWB传输技术相结合，把家庭娱乐设备、通信设备、计算机连接在一起构成家庭多媒体网络，非常有发展前景。

（2）无线Ad hoc网络UWB本身固有的优点可以显著提高无线Ad hoc网络的性能。

扩展它的应用范围。

UWB抗多径干扰的鲁棒性解决了困扰无线Ad hoc网络多年的难题；UWB的低发射功率使得基于UWB的无线Ad hoc网络可与现有网络共存，节省宝贵的频谱资源，提高了数据速率，从而使得大规模传感器网络的应用成为可能。

（3）无线USB（WUSB）WUSB技术是基于超宽带无线通信技术的全新通信标准，它通过USB接口和最先进的无线通信技术扩展了设备之间的连通性。

在继承传统有线USB2.0标准所具有的较高传输速率优势的同时，充分利用UWB传输技术的灵活性和极高的自由度，能在3m的距离内实现480Mbit/s的等效带宽，兼顾了安全性、可靠性、降低功耗等特性。

（4）智能无线局域网智能无线局域网的基本要求是提供一个低成本、低功耗、的智能传输网。

UWB系统可以方便的应用于无线局域网。

如智能交通系统中，提供高性能、低成本的解决方案。

（5）车载雷达系统基于超宽带技术的传感系统可提高传统近距离移动传感器的分辨率，依靠超宽带的高质量准确性和区分目标的功能，智能碰撞避免和巡航控制系统时代已为时不远了。

（6）室外对等网这种网络主要是用在室外满足掌上电脑的数据交换、数字报亭报刊文献的快速下载、音像制品的租售等，这些实用价值构成了UWB应用的一个巨大潜在市场。