UWB（ultra wideband）是超寬帶無線技術的縮寫。UWB技術是一種使用1GHz以上帶寬的最先進的無載波無線通信技術，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。有人稱它為無線電領域的一次革命性進展，認為它將成為未來短距離無線通信的主流技術。雖然是無線通信，但其通信速度可以達到幾百Mbit/秒以上。由于原來的無線通信在通信時需要連續發出載波（電波），自然要消耗電能。而UWB是發出瞬間尖波形電波－也就是所謂的脈沖電波－直接按照0或1發送出去。由于只在需要時發送出脈沖電波，因而大大減少了耗電量。

 

UWB定位為室內通信用途，美國聯邦通信委員會（FCC：Federal Communications Commission）已經將3.1G～10.6GHz頻帶向UWB通信開放。IEEE802委員會也已將UWB作為PAN（personal area network）的基礎技術候選對象來探討。

 

 

UWB(Ultra-Wideband)超寬帶，一開始是使用脈沖無線電技術，此技術可追溯至19世紀。后來由Intel等大公司提出了應用了UWB的MB-OFDM技術方案，由于兩種方案的截然不同，而且各自都有強大的陣營支持，制定UWB標準的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出最終的標準方案，于是將其交由市場解決。至今UWB還在爭論之中。UWB調制采用脈沖寬度在ns級的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至GHz，不需常規窄帶調制所需的RF頻率變換，脈沖成型后可直接送至天線發射。脈沖峰峰時間間隔在10 - 100 ps級。頻譜形狀可通過甚窄持續單脈沖形狀和天線負載特征來調整。UWB信號在時間軸上是稀疏分布的，其功率譜密度相當低，RF可同時發射多個UWB信號。UWB信號類似于基帶信號，可采用OOK，對映脈沖鍵控，脈沖振幅調制或脈位調制。UWB不同于把基帶信號變換為無線射頻 (RF) 的常規無線系統，可視為在RF上基帶傳播方案，在建筑物內能以極低頻譜密度達到100 Mb/s數據速率。

 

為進一步提高數據速率，UWB應用超短基帶豐富的GHz級頻譜，采用安全信令方法 (Intriguing Signaling Method)。基于UWB的寬廣頻譜，FCC在2002年宣布UWB可用于精確測距，金屬探測，新一代WLAN和無線通信。為保護GPS，導航和軍事通信頻段，UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB發射功率。

 

 

UWB(Ultra Wideband)無線通信是一種不用載波，而采用時間間隔極短(小于1ns)的脈沖進行通信的方式，也稱做脈沖無線電( Impulse Radio)、時域(Time Domain)或無載波(Carrier Free)通信。與普通二進制移相鍵控(BPSK)信號波形相比，UWB方式不利用余弦波進行載波調制而發送許多小于1ns的脈沖，因此這種通信方式占用帶寬非常之寬，且由于頻譜的功率密度極小，它具有通常擴頻通信的特點。

 

 

(1)系統結構的實現比較簡單：當前的無線通信技術所使用的通信載波是連續的電波，載波的頻率和功率在一定范圍內變化，從而利用載波的狀態變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過發送納秒級脈沖來傳輸數據信號。UWB發射器直接用脈沖小型激勵天線，不需要傳統收發器所需要的上變頻，從而不需要功用放大器與混頻器，因此，UWB允許采用非常低廉的寬帶發射器。同時在接收端，UWB接收機也有別于傳統的接收機，不需要中頻處理，因此，UWB系統結構的實現比較簡單。

 

(2)高速的數據傳輸：民用商品中，一般要求UWB 信號的傳輸范圍為10m以內，再根據經過修改的信道容量公式，其傳輸速率可達500Mbit/ s，是實現個人通信和無線局域網的一種理想調制技術。UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數據傳輸，并且不單獨占用現在已經擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術使用的頻帶。在軍事應用中，可以利用巨大的擴頻增益來實現遠距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數據傳輸。

 

(3)功耗低：UWB 系統使用間歇的脈沖來發送數據，脈沖持續時間很短，一般在0. 20ns～1. 5ns 之間，有很低的占空因數，系統耗電可以做到很低，在高速通信時系統的耗電量僅為幾百μW～幾十mW。民用的UWB 設備功率一般是傳統移動電話所需功率的1/ 100 左右，是藍牙設備所需功率的1/ 20 左右。軍用的UWB 電臺耗電也很低。因此，UWB 設備在電池壽命和電磁輻射上，相對于傳統無線設備有著很大的優越性。

 

(4)安全性高：作為通信系統的物理層技術具有天然的安全性能。由于UWB 信號一般把信號能量彌散在極寬的頻帶范圍內，對一般通信系統，UWB 信號相當于白噪聲信號，并且大多數情況下，UWB 信號的功率譜密度低于自然的電子噪聲，從電子噪聲中將脈沖信號檢測出來是一件非常困難的事。采用編碼對脈沖參數進行偽隨機化后，脈沖的檢測將更加困難。

 

(5)多徑分辨能力強：由于常規無線通信的射頻信號大多為連續信號或其持續時間遠大于多徑傳播時間， 多徑傳播效應限制了通信質量和數據傳輸速率。由于超寬帶無線電發射的是持續時間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號在時間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時間上發生交疊，其多徑傳輸路徑長度應小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號在時間上不重疊，很容易分離出多徑分量以充分利用發射信號的能量。大量的實驗表明，對常規無線電信號多徑衰落深達10～ 30 dB 的多徑環境， 對超寬帶無線電信號的衰落最多不到5 dB。

 

(6)定位精確：沖激脈沖具有很高的定位精度，采用超寬帶無線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規無線電難以做到這一點。超寬帶無線電具有極強的穿透能力，可在室內和地下進行精確定位，而GPS 定位系統只能工作在GPS 定位衛星的可視范圍之內； 與GPS 提供絕對地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對位置， 其定位精度可達厘米級， 此外，超寬帶無線電定位器更為便宜。

 

(7)工程簡單造價便宜：在工程實現上，UWB比其它無線技術要簡單得多，可全數字化實現。它只需要以一種數學方式產生脈沖，并對脈沖產生調制，而這些電路都可以被集成到一個芯片上，設備的成本將很低。

 

 

從UWB的技術參數來看，UWB的傳輸距離只有10M左右，因此我們只拿常見的短距離無線技術與UWB作一對比，從中更能顯示出UWB的杰出的優點。常見的短距離無線技術由IEEE802.11a、藍牙、HomeRF。

 

(1)IEEE802.11a與UWB

IEEE802.11a是由IEEE制定的無線局域網標準之一，物理層速率在54Mbps，傳輸層速率在25Mbps，它的通信距離可能達到100M，而UWB的通信距離在10M左右。在短距離的范圍(如10M以內)，IEEE802.11a的通信速率與UWB相比卻相差太大，UWB可以達到上千兆，是IEEE802.11a的幾十倍；超過這個距離范圍(即大于10M)，由于UWB發射功率受限，UWB就性能就差很多(目前從演示的產品來看，UWB的有效距離已擴展到20M左右)。因此從總體來看，10M以內，802.11a無法與UWB相比；但是在10M以外，UWB無法與802.11a相比。另外與UWB相比，802.11a的功耗相當大。

 

(2)藍牙(Bluetooth)與UWB

藍牙技術是愛立信、IBM等5家公司在1998年聯合推出的一項無線網絡技術。隨后成立的藍牙技術特殊興趣組織(SIG)來負責該技術的開發和技術協議的制定，如今全世界已有1800多家公司加盟該組織。藍牙的傳輸距離為10cm～10m。它采用2.4GHz ISM頻段和調頻、跳頻技術，速率為1Mbps。從技術參數上來看，UWB的優越性是比較明顯的，有效距離差不多，功耗也差不多，但UWB的速度卻快得多，是藍牙速度的幾百倍。從目前的情況來看，藍牙唯一比UWB優越的地方就是藍牙的技術已經比較成熟，但是隨著UWB的發展，這種優勢就不會再是優勢，因此有人在UWB剛出現時，把UWB看成是藍牙的殺手，不是沒有道理的。

 

(3)HomeRF與UWB

HomeRF 是專門針對家庭住宅環境而開發出來的無線網絡技術，借用了802. 11 規范中支持TCP/ IP傳輸的協議；而其語音傳輸性能則來自DECT(無繩電話) 標準。HomeRF 定義的工作頻段為2. 4GHz ，這是不需許可證的公用無線頻段。HomeRF 使用了跳頻空中接口，每秒跳頻50 次，即每秒鐘信道改換50 次。收發信機最大功率為100mW ，有效范圍約50m，其速率為 1Mbps至2Mbps。寫UWB相比，各有優勢：HomeRF的傳輸距離遠，但速率太低；UWB傳輸距離只有HomeRF的五分之一，但速度卻是HomeRF的幾百倍甚至上千倍。

 

總而言之，這些流行的短距離無線通信標準各有千秋，這些技術之間存在著相互競爭， 但在某些實際應用領域內它們又相互補充。單純地說"UWB或取代某種技術"這是一種不負責任的說法，就好像飛機又快又穩，也沒有取代自行車一樣，各有各的應用領域。下面通過圖表的形式把四者的區別羅列如下：

 

 

UWB 技術多年來一直是美國軍方使用的作戰技術之一，但由于UWB 具有巨大的數據傳輸速率優勢， 同時受發射功率的限制， 在短距離范圍內提供高速無線數據傳輸將是UWB 的重要應用領域，如當前WLAN 和WPAN 的各種應用。此外，通過降低數據率提高應用范圍，具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、安全性高、系統復雜度低，能提供數厘米的定位精度等優點；UWB 也適用于短距離數字化的音視頻無線鏈接、短距離寬帶高速無線接入等相關民用領域。總的說來，UWB的用途很多，主要分為軍用和民用兩個方面。

 

在軍用方面主要用于如下領域如UWB 雷達、UWB L PI/ D 無線內通系統(預警機、艦船等) 、戰術手持和網絡的PL I/ D 電臺、警戒雷達、UAV/U GV 數據鏈、探測地雷、檢測地下埋藏的軍事目標或以葉簇偽裝的物體；在民用方面，自從2002 年2 月14 日FCC 批準將UWB 用于民用產品以來， UWB的民用主要包括以下3 個方面：地質勘探及可穿透障礙物的傳感器(imaging system) ；汽車防沖撞傳感器等(vehicle radar system) ；家電設備及便攜設備之間的無線數據通信( communication and measurements　system) 。下面對兩個重要應用展開論述。

 

UWB 技術一個介于雷達和通信之間的重要應用是精確地理定位，例如使用UWB 技術的能夠提供三維地理定位信息的設備。該系統由無線UWB 塔標和無線UWB 移動漫游器組成。其基本原理是通過無線UWB 漫游器和無線UWB 塔標間的包突發傳送而完成航程時間測量，再經往返(或循環) 時間的測量值的對比和分析，得到目標的精確定位。此系統使用的是2.5 ns 寬的UWB 脈沖信號，其峰值功率為4W，工作頻帶范圍為1. 3～1. 7 GHz ，相對帶寬為27 % ，符合FCC 對UWB 信號的定義。如果使用小型全向垂直極化天線或小型圓極化天線，其視距通信范圍可超過2 km。在建筑物內部，由于墻壁和障礙物對信號的衰減作用，系統通信距離被限制在約100 m 以內。UWB 地理定位系統最初的開發和應用是在軍事領域，其目的是戰士在城市環境條件下能夠以0. 3 m的分辨率來測定自身所在的位置。目前其主要商業用途之一為路旁信息服務系統。它能夠提供突發且高達100Mbps 的信息服務，其信息內容包括路況信息、建筑物信息、天氣預報和行駛建議，還可以用作緊急援助事件的通信。

 

UWB第二個重要應用領域是家庭數字娛樂中心。在過去幾年里，家庭電子消費產品層出不窮。PC、DVD 、DVR 、數碼相機、數碼攝像機、HDTV 、PDA 、數字機頂盒、MD、MP3、智能家電等等出現在普通家庭里，正是"舊時王榭堂前燕，飛入平常百姓家"。家庭數字娛樂中心的概念是：將來你的住宅中的PC、娛樂設備、智能家電和Internet都連接在一起，你可以在任何地方使用它們。舉例來說，你儲存的視頻數據可以在PC、DVD、TV、PDA 等設備上共享觀看，可以自由地同Internet交互信息，你可以遙控你的PC，讓它控制你的信息家電，讓它們有條不紊地工作，你也可以通過Internet聯機，用無線手柄結合音、像設備營造出逼真的虛擬游戲空間。如何把這些相互獨立的信息產品有機地結合起來，這是建立家庭數字娛樂中心一個關鍵技術問題。從前面對UWB的技術特點來看，UWB技術無疑是一個很好的選擇。

 

 

如前所述，UWB 系統在很低的功率譜密度的情況下，已經證實能夠在戶內提供超過480Mbps 的可靠數據傳輸。與當前流行的短距離無線通信技術相比，UWB 具有巨大的數據傳輸速率優勢，最大可以提供高達1000Mbps 以上的傳輸速率。UWB技術在無線通訊方面的創新性、利益性已引起了全球業界的關注。與藍牙、802.11b、802.15 等無線通信相比， UWB可以提供更快、更遠、更寬的傳輸速率，越來越多的研究者投入到UWB 領域，有的單純開發UWB技術，有的開發UWB應有，有的兼而有之。相信UWB技術， 不僅為低端用戶所喜愛，且在一些高端技術領域，在軍事需求和商業市場的推動下，UWB 技術將會進一步發展和成熟起來。據聯合商業情報公司在《關于UWB 的預測和潛在市場應用的報告》指出，2007 年全球配備UWB的電子設備和芯片的生產量將達到4510 萬套，當年的收益將達到13. 9 億美元。