首先什么是超宽带？我们对信号基于其相对带宽的划分：相对带宽的定义：Bf=BW/fc(中心频率)*100%=fh-fl/fh+fl/2窄带Bf<1%宽带1<Bf<20%超宽带Bf>20%2页超宽带通信和其它通信技术的根本不同在于，它在发射机和接收机之间采用非常窄的射频脉冲进行通信。

超宽带通信并不是一项全新的技术，现在让我们来了解一下它的发展简史！事实上早在1901年就被马可尼采用，他通过使用火花隙发射机来发射莫尔斯码序列穿越大西洋。

火花隙实质上就是带宽很宽大的窄脉冲。

但是当时人们并没考虑到大带宽的好处以及实现多用户通信系统的能力。

在马可尼之后约50年，基于脉冲的现代发射机以脉冲雷达的形式在军事应用中获得了动力。

从上个世纪60年代到90年代，该技术作为机密项目，一直被限制为军队和国防部的应用。

然而，近代微处理器级及半导体技术中的快速切换技术的进步，使得超宽带技术的商业应用已经具备一切条件。

在过去的几年，将超宽带技术商业化的兴趣不断增加，超宽带系统的开发者们开始向美国联邦通信委员会施加压力，促使其同意超宽带技术的商用。

因此2002年2月，美国联邦通信委员会通过了超宽带技术的各种设备在严格功率辐射限制下的商用的初期报告和规则；下面介绍一下UWB的相关概念。

超宽带系统不使用载波，采用低占空因子的、短持续期、脉冲来发射和接收信息。

占空因子的定义就是脉冲出现的时间和总的传输时间之比！。

低占空因子保证了超宽带通信非常低的平均功率。

也就决定了，短时超宽带脉冲具有非常宽的带宽和非常低的发射功率。

这直接转化为手持设备较长的电池寿命！4页下面我们看一个超宽带脉冲的例子！第一幅图显示了实用的单周期高斯脉冲的时域波形和频域特性，脉冲周期为0.5ns图中脉冲的中心频率在f=1/T=2GHz。

第二幅图是实际通信中使用的周期性重复的单脉冲的时域和频域特性。

我们从频谱图中看到，很多强烈的能量尖峰，这是由于时域中信号重复的周期性造成了频谱的离散化。

这些尖峰将会对传统无线电设备和信号构成干扰，而且这种十分规则的脉冲序列也没有携带什么有用信息。

由于尖峰的产生源于脉冲的周期性，所以改变时域的周期性可以减低这种尖峰，也就是对采用脉冲位置调制PPM。

5页从超宽带的发展历史可以看到，它曾将作为军事的秘密应用。

那它到底有哪些独特之处？下面我们就关注一下这种技术相对其他通信系统的优势。

第一就是是共享频谱的能力。

美国联邦通信委员会对超宽带系统所要求的是75nW/MHz,将它归入非蓄意辐射体范畴，诸如电视盒计算机显示器。

这样的功率限制使得超宽带系统存在于典型的窄带接收机的噪声底线之下，并且使得超宽带信号以最小或者没有干扰的方式与当前的无线业务共存。

下图就是描述了超宽带与窄带和宽带技术共存的一般思想。

实际通信中使用一长串的脉冲,周期性重复的单脉冲时域和频域。

特性如下图所示。

频谱中出现了强烈的能量尖峰,这是由于时域中信号重复的周期性造成了频谱的离散化。

这些尖峰将会对传统无线电设备和信号构成干扰,而且这种十分规则的脉冲序列也没有携带有用信息。

改变时域的周期性可以减低这种尖峰,即采用脉冲位置调制(PPM ) 。

6页由香农公式可以知道，信号容量C随着带宽B随线性增加而增加。

因此超宽带信号有几个GHz的带宽，就可以料想他有几个Gbit每秒的数据率。

然而由于FCC对目前超宽带传输的功率限制，这样的高数据速率仅能在短距离内获得，最多到十米。

这就使超宽带系统成为短距离、高数据速录的无线应用的最佳候选方案。

但是距离与数据速率的折中，使得超宽带技术在军队民用以及商业部门的很宽范围内的应用都非常理想。

优势三就是。

在低信噪比下工作的能力，香农定理表明，信道容量与信噪比仅成对数关系。

因此，超宽带系统能够在具有低信噪比的苛刻通信信道中工作，并且由于其大的带宽仍旧保证了大的信道容量。

7页为什么会有这种优势呢？？超宽带系统的平均发射功率极低，在微瓦数量级，比蜂窝电话的发射功率小了近千倍。

正事由于极低的反射功率，使得超宽带系统对检测和截获具有先天的免疫能力。

正是由于低发射功率，窃听者必须非常靠近发射机（大约一米）才能检测到发射信息。

优势五，抗干扰。

射频带宽是无线收发电路带宽。

传输任何信息都需要一定的带宽，称为信息带宽。

处理增益PG是对无线通信系统抗干扰能力的度量，并且被定义为信号的射频带宽和信息带宽的比。

高处理增益促成的频率分集使得超宽带信号对蓄意和非蓄意的干扰具有较强的抵抗力。

但是这种抗干扰能力仅是与窄带和宽带相比较而言的，由于，与在超宽带接收机频段中共存的传统无线发射机造成的强窄带干扰，超宽带通信系统的性能仍然下降，下降幅度取决去调制方案优势6超宽带脉冲极短的持续期使得，它们对多径效应不敏感。

由于UWB 脉冲极窄、频带极宽, 其带宽相当于1 000 个电视频道或3万个FM 广播频道,因此单位频宽内的功率密度相当低。

美国FCC 对UWB 的发射功率做了严格限制, 其功率密度甚至低于一般的噪声水平(比如低于一部笔记本电脑的辐射) 。

因此,UWB 对其他设备的影响微乎其微。

UWB系统误码率可达到10-8、10-9。

对窄带信号而言，多径效应的影响相当严重；由于视线和非视线连续波的不同相位的叠加使得信号最多可衰减-40dB.另一方面。

超宽带脉冲极短的持续期使得对多径效应不那么敏感。

因为你在大多数场合超宽带脉冲的传输间隔要小于1ns，所以反射波持续时间非常短，因而与视线波脉冲重叠并且导致信号衰减的几率非常小。

尽管短的持续时间使得超宽带脉冲与窄带信号相比其对于多径效应不那么敏感，但是这并不意味着超宽带通信对多径失真能够完全避免。

对超宽带信道模型的研究表明，低功率的超宽带脉冲在密布有大量物体和散射体的室内信道中会有严重的失真，其程度取决于使用的超宽带调制方案。

与窄带技术不同，超宽带系统能够有效地穿透不同材料。

在范围宽广的超宽带频谱中所包含的低频成分为长波，它使得超宽带信号能够穿透多种材料，包括墙。

该特性使得超宽带信号适用于需要穿透墙的通信系统以及穿透他的雷达。

然而仅当其频谱包含无线频谱的低频部分时。

超宽带信号的材料穿透能力才有用。

由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。

因此适合室内等复杂环境下的高速传输。

大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10～30 dB 的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到5 dB。

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。

8页超宽带传输无需载波，这意味着超宽带系统不像窄带和宽带系统，其数据无需调制到具有特定载波频率的连续波上。

无载波传输与载波传输相比，其所需的射频成分更少。

基于此原因，超宽带收发信机的结构得以大大简化，并且建造起来更为廉价。

超宽带以基带传输。

UWB通信系统模型见下图。

UWB发射器直接用脉冲小型微带天线。

由于UWB 不需要对载波信号进行调制和解调,故不需要混频器、滤波器、RF/ IF 转换器及本地振荡器等复杂器件,同时更容易集成到CMOS 电路中。

9页10页∙(1)IEEE802.11a与UWB从总体来看，10M以内，802.11a无法与UWB相比；但是在10M以外，UWB无法与802.11a相比。

另外与UWB相比，802.11a的功耗相当大∙(2)蓝牙(Bluetooth)与UWB从技术参数上来看，UWB的优越性是比较明显的，有效距离差不多，功耗也差不多，但UWB的速度却快得多，是蓝牙速度的几百倍(3)HomeRF与UWBHomeRF的传输距离远，但速率太低；UWB传输距离只有HomeRF的五分之一，但速度却是HomeRF的几百倍甚至上千倍12批准将UWB 用于民用产品以来，UWB的民用主要包括以下3 个方面：地质勘探及可穿透障碍物的传感器(imaging system) ；汽车防冲撞传感器等(vehicle radar system) ；家电设备及便携设备之间的无线数据通信( communication and measurements system) 。

1、UWB 技术一个介于雷达和通信之间的重要应用是精确地理定位，例如使用UWB 技术的能够提供三维地理定位信息的设备。

UWB 地理定位系统最初的开发和应用是在军事领域，其目的是战士在城市环境条件下能够以0. 3 m的分辨率来测定自身所在的位置。

目前其主要商业用途之一为路旁信息服务系统.它能够提供突发且高达100Mbps 的信息服务,其信息内容包括路况信息、建筑物信息、天气预报和行驶建议，还可以用作紧急援助事件的通信。

还可跟踪墙厚度30--60厘米的建筑物内的消防人员的急救活动。

这种精度高、抗干扰能力极强、并具有很强的穿透墙壁等障碍物能力的宽带视频定位系统亦有很高的军事应用潜力。

此系统使用的是2.5 ns 宽的UWB 脉冲信号，其峰值功率为4W，工作频带范围为1. 3～1. 7 GHz(1.575GHz) ，相对带宽为27 % 。

2、UWB第二个重要应用领域是家庭数字娱乐中心。

家庭数字娱乐中心的概念是：将来你的住宅中的PC、娱乐设备、智能家电和Internet都连接在一起，你可以在任何地方使用它们。

而应用UWB 技术的无线USB提供了这种可能。

12组建家庭娱乐网络：UWB 可以被内置在电视、DVD 、机顶盒、音响以及投影仪等家庭娱乐设备上，用来传输高品质的多媒体应用，如HDTV( 高清晰电视) 信号等。

13组建无线个域网：多个内置UWB 的移动终端( 如PDA 、笔记本电脑等) ，可以形成一个WPAN ，便于高速传输数据，还可以向家庭娱乐网络发送多媒体内容。

14 .雷达探测：UWB 设备具有很强的穿透能力，如墙壁等，可以使警察、消防员和救援人员在紧急情况下能够迅速找到藏在墙后或者是被埋在废墟中的人。

UWB 探测成像系统同样也可以用于提高建筑和家庭维修行业的安全性。

15精确定位服务：UWB 定位系统具备为实时的室内外精确跟踪能力，定位精度可以到几个厘米。

UWB 在室内精确定位方面将会对GPS 起到一个很好的补充作用。

16，展望与蓝牙、802111b、802115 等无线通信相比，UWB 可以提供更快、更远、更宽的传输速率，越来越多的研究者投入到UWB 领域，有的单纯开发UWB技术，有的开发UWB应有，有的兼而有之。

相信UWB 技术，不仅为低端用户所喜爱，且在一些高端技术领域，在军事需求和商业市场的推动下，UWB 技术将会进一步发展和成熟起来发展前景如前所述，UWB 系统在很低的功率谱密度的情况下，已经证实能够在户内提供超过480Mbps 的可靠数据传输。