1、技術概述和特點分析

UWB技術最初是1960年美國作為軍用雷達技術開發的，早期主要用于雷達技術領域。該技術的發展帶動了脈沖檢測器等設備的開發，而且該技術具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、被截獲的可能性低、系統復雜度低、厘米級的定位精度等優點。但在隨后的30多年間，UWB技術發展很緩慢，一方面是因為軍方的限制讓第三方無法開發支持UWB的軟件和硬件，此外，UWB技術對其他頻帶帶來的干擾，也阻礙了它的發展步伐。2002年2月，FCC批準了UWB技術用于民用，進而將UWB技術推向了市場前端。

目前的UWB技術根據底層UWB信號的實現形式不同，可分為兩大類。一類是基于窄脈沖式的沖激類UWB，即不使用載波，而是使用短的能量脈沖序列，并通過正交頻分調制或直接排序將脈沖擴展到一個頻率范圍內。這樣提出的UWB設計方案稱為直接序列CDMA UWB(DS-CDMA UWB)方案。這個方案頻譜利用率高，可進行高精度定位和跟蹤，抵抗多徑衰落能力強，但頻譜共享的靈活性較差，不利于與其他窄帶系統共存。另外一類是基于調制載波擴頻式的載波類UWB，提出的設計方案叫多載波OFDM UWB(MB-OFDM UWB)方案，它采用OFDM技術傳輸子帶信息，提高了頻譜的靈活性，但易造成較高的功率峰值與均值比(PAR)，容易產生對其他系統的干擾，因此解決干擾問題是該方案目前最大的難題。兩種技術形成了鮮明對立的兩大陣營，使得制訂面向UWB高速數據傳輸標準的802.15.3a工作組已經解散。目前，由ITU-RTG1/8工作組來負責UWB高速數據傳輸的全球統一標準的制訂工作。

與其他無線技術相比，UWB具有以下幾個技術特性。

其一是高帶寬、高傳輸速率。按照UWB的技術設計，UWB使用的帶寬在1 GHz以上，高達幾個GHz，數據速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s，這樣的理論速度高于藍牙100倍，特別適合局域網或者個域網內設備之間的快速共享數據庫以及傳送數據。

其次是強大的抗干擾性能，UWB采用跳時擴頻信號，系統具有較大的處理增益，在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產生的噪聲。接收時將信號能量還原出來，在解擴過程中產生擴頻增益。因此，與IEEE 802.11a、IEEE 802.11b和藍牙相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強的抗干擾性。另外，由于UWB的脈沖非常短(0.1～1.5 ns)，頻譜非常寬(數GHz，可超過10 GHz)，能避免多路徑傳輸的信號干擾。

第三是低功耗，UWB系統發射功率非常小，通信設備可以用小于1 mW的發射功率實現通信，另外，CDMA-UWB不使用載波，只是發出瞬間脈沖電波，也就是直接按“0”和“1”發送出去，并且在需要時才發送脈沖電波，大大延長了系統電源的工作時間。

2、UWB技術標準進展

從理論上分析，UWB技術優勢很明顯，但該技術的標準制定進度并不快，而且經歷了幾次挫折。2006年1月中旬，在美國夏威夷召開的IEEE 802標準組會議上，802.15.3a工作組被宣布解散。該標準工作組成立于2002年，但經過4年的討論，MB-OFDM和DS-CDMA兩個技術主導方案一直無法彼此妥協。Intel和Motorola等一些巨頭之間進行了針鋒相對的標準之爭，使得UWB技術的商用步伐大為延緩，無法達成一致意見，各個公司在技術的開發上仍然自行其事，也就意味著來自Intel業界同盟的筆記本電腦中的UWB與來自Motorola同盟的電視產品中的UWB之間無法兼容。Intel同盟注重于電腦和無線消費品市場，包括照相機和MP3播放器等，相對來說Motorola同盟的產品更多集中于電視、DVD和機頂盒市場。期間業界雖曾提出過融合了兩種技術方案的折中方案，但最終還是未能克服廠商之間的意見對立，物理層傳輸標準草案始終無法出臺。至此，IEEE有關高速UWB標準化的工作暫告一個段落，UWB技術標準的制定工作分道而行。

以Freescale公司為代表支持DS-CDMA技術的UWB論壇目前有77家會員，其中有十幾家高校和研究所，占了近15%。UWB論壇和Freescale在UWB技術使用方面主推以個人電腦為中心的解決方案，將它看作是連接計算機、外設USB接口的替代技術。

以Intel、TI(德州儀器)等公司為代表支持MB-OFDM的WiMedia聯盟已有170多個成員，幾乎集中了所有的大型跨國公司和集團，并且得到無線USB和無線1394的支持，這點非常重要，因為UWB未來一個最主要的應用方向就是家庭網絡，希望通過UWB技術把家庭電器連接成微微網(Piconet)，使無線設備在WiMedia層匯聚，轉變成可在物理層上傳輸的信號。

2006年藍牙SIG選擇與WiMedia聯盟的MB-OFDM技術合作，共同致力于下一代新型藍牙無線技術的研究開發。新型藍牙技術將集成UWB技術和藍牙技術兩者的特點，通過UWB高速數據傳輸滿足手持設備、多媒體設備和電視等對同步傳輸高速數據的要求，與此同時，結合了藍牙技術的低功率特點，迎合了某些設備對低功耗的要求，例如鼠標、鍵盤、無線耳機等。目前有數量超過50億的藍牙設備在市場上應用，而兩大技術的結合使移動設備具有高速數據傳輸和低功耗兩大特點，符合市場對無線通信設備的要求，使得在短距離通信中實現高速率低功率傳輸成為可能。兩者的結合勢必能夠推動UWB技術被全球管制機構所接受。2007年，兩個組織已經開始著手開始UWB無線電認證，第一步是針對UWB物理層技術的認證。已有Alereon、Realtek、Staccato、Tzero、WiQuest和Wisair 6家芯片廠商通過了認證，這標志著多家芯片廠商將實現互操作。下一步將是基于MAC層的認證，但實現MAC層或更高層協議認證難度仍然相當大。

但是兩種新技術的融合標準制定并不是那么順利。到2007年8月，原訂于2007年第二季度出爐的藍牙及超寬帶技術整合標準，被宣布將延遲到2008年發布，使得預先希望采用此技術的手機、PDA等手持設備面市時間有可能延遲到2009年后。不過對于這樣的標準化進度，業界均認為是比較正常的，畢竟一個標準的出爐時間都要花上一兩年的時間。目前標準制訂所面對的主要挑戰來自于如何確保整合后的新技術可在向下兼容市場上逾5億個藍牙設備的同時，還能維持高速的傳輸速度。如果標準順利通過并被各種設備采納，按照現在的標準設計，新產品將能突破藍牙720 kbit/s傳輸速率的限制，速度可達480 Mbit/s以上，滿足高質量多媒體影音應用的要求，而且僅在需要傳送影音檔案時，才會啟用UWB技術。

但是無論如何，2006～2007年間WiMedia與藍牙的合作令標準化的工作似乎邁出了解開UWB標準僵局的重要一步。按照目前藍牙的普及程度(目前芯片價格已經降低到大眾產品普及階段)以及用戶的接受程度分析(一步到位提供家庭網絡的可能性比較小，但是在幾個設備間提供藍牙接口鏈接是可能的)，MB-OFDM方面的技術標準進展稍微領先一步。

3、UWB的產業化進展

隨著全球各地區對UWB技術管制的逐步解禁，產業中的各個環節都在不斷宣布其在2007年的發展計劃，運營商也開始關注UWB技術發展，表明UWB產業即將進入商業應用階段。但目前，全球允許UWB技術商用化的國家還只有美國。2006年，歐盟射頻頻譜委員會批準了歐洲的UWB規劃，為在2007年2月在歐洲采用這一技術鋪平了道路。歐盟這一舉措被認為是一個“積極的監管主張”，它意味著歐盟委員會將正式放開對UWB的管制。日本也繼美國之后放寬了限制，主要是針對超寬帶無線系統的無線基站設備，指定的頻帶帶寬為3.4～4.8 GHz，以及7.25～10.25 GHz。其中，要求3.4～4.8 GHz頻段設備必須具備避免對其他無線服務造成干擾的技術。隨著全球對UWB技術管制的逐步放開(盡管這些國家放開的頻率范圍之間有所交疊，但仍然各有不同)，要求UWB芯片和設備開發商必須生產出具有高度靈活性的產品，這使得芯片開發的周期和成本增加。因此，制定一個統一的技術標準顯得尤為重要。

2006年基于MB-OFDM UWB技術的雙頻率超寬帶收發CMOS芯片方案已開發成功。其中，Alereon宣布已研發成功支持6 GHz以上頻段的UWB芯片，這一聲明將極大地刺激UWB芯片市場，因為目前大部分地區管制機構放開的UWB使用頻段都在6 GHz以上。2007年UWB芯片廠商將致力于支持多個頻段的MAC、PHY和RF模塊兼容的UWB芯片。2007年基于UWB技術的產品包括UWB天線、UWB移動終端、UWB機頂盒以及面向家庭設備的UWB設備都陸續上市，而內置UWB技術的解決方案將率先應用于打印機、數碼相機以及其他需與PC進行數據交換的產品中，隨后將陸續應用于各類消費電子產品中，滿足市場對UWB技術的應用需求。

對于未來UWB的應用前景，業界普遍預期比較高，認為UWB技術將成為最具創新能力和應用最廣泛的技術之一，將取代目前電腦各設備之間的有線連接。我國的華為公司在UWB技術開發方面投入比較高，在UWB領域申請的專利占了14%的比例，在所有的廠商中排名第三，專利領域主要集中在OFDM技術方面。

在中國，UWB的標準和產業化發展跟國際上相比還是要落后一些，關注的技術主要集中在OFDM技術上，因為該技術不僅僅用于UWB系統，在未來的3G演進技術中也同樣發揮重要的作用。此外，隨著家庭網絡技術日益受到重視，UWB技術也在這個領域得到認知，但還不夠充分，產業鏈和IT企業更多地還是認同藍牙技術為首選。

但UWB產業是否會得到快速的市場推動還要取決于各國對UWB的相關管制要求。例如日本目前在就UWB的使用規定進行修訂工作。按照日本現行管制政策，UWB僅能用于室內且必須減輕對其他無線系統的干擾，對UWB的使用有嚴格的限制。在新一輪討論中，是否仍將UWB限制在室內或汽車內使用，以及降干擾技術采用的方式等都將被納入議題。用于通信的UWB使用的頻段包括3400～4 800 MHz低頻段和7250～10250 MHz的高頻段，其中在低頻段需要降干擾技術。不過，通過采取限期措施，截至2008年12月31日，4200～4800 MHz頻段可以在不具備降干擾技術的情況下使用?？倓帐☆A計會在限期措施失效之前，通過某種形式指明新技術應用的方向。除此之外，3400～4800 MHz頻段有可能被用于第4代移動通信系統(4G)。4G使用的頻段于2007年秋天在ITU-R主辦的WRC07上確定。

4、UWB的應用

UWB現階段主要應用于雷達探測和精確定位，未來UWB將廣泛應用于數字家庭網絡系統。由于UWB設備具有很強的穿透能力，UWB探測成像系統可以使警察、消防員和救援人員在緊急情況下迅速找到藏在墻后或者是被埋在廢墟中的人;同時，還可以協助公共安全部門在攻堅之前，偵測歹徒的動向，在反恐戰爭中可發揮不可估量的作用;此外，也可以用于提高建筑和家庭維修行業的安全性。因此，基于UWB技術的新型探測成像設備具有廣闊的市場前景。UWB定位系統具備實時的室內外精確跟蹤能力，定位精度可以到幾個厘米，在室內精確定位方面將會對GPS起到一個很好的補充作用。

UWB技術在家庭網絡應用中的目標就是消滅家電之間的連接線，利用其高速無線數據傳輸特點，替代藍牙技術實現家庭中所有電器之間的無線連接，組建小型數字家庭網絡，滿足現代家庭對未來高效數字化生活的需求。目前UWB技術正被整合進家庭影院和便攜式產品，完成高速無線視頻和音頻信號的收發。Motorola、Intel、TI、ST(意法半導體)以及日韓一些廠商已推出UWB芯片和相關產品。

5、未來趨勢分析

從技術上看UWB有比較廣闊的發展前景，但是其發展也面臨著許多挑戰，還有許多技術問題需要研究解決，諸如需要更好地理解UWB傳播信道的特點，建立信道模型，解決多徑傳播等問題;進行高速脈沖收發電路的設計與實現，如高精度的匹配濾波、UWB天線、板上微控制器噪聲的處理等。UWB應用的逐步推廣無疑會大大促進技術的成熟，有了UWB，未來的數字家庭已經不遙遠。

從技術競爭的角度看，UWB技術屬于無線個域網的一項主要技術，跟RFID等短距離通信技術類似，但在應用層面上，RFID通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信對目標加以識別，與UWB技術有著明顯的應用隔離。

WiMAX和WiFi技術則在覆蓋范圍上明顯高于UWB技術，所以未來的無線接入技術發展應該呈現一個百花齊放的形式，借助WiMAX組成城域網，通過WLAN形成熱點覆蓋后，將UWB形成的數字家庭網絡進行鏈接，可以形成一個真正的無縫無線通信世界。