Ultra wideband：超宽带无线技术

UWB(ultra wideband)是超宽带无线技术的缩写。UWB技术是一种使用1GHz以上带宽的最先进的无线通信技术。虽然是无线通信，但其通信速度可以达到几百Mbit/秒以上。

　　UWB的特点在于不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。由于原来的无线通信在通信时需要连续发出载波(电波)，自然要消耗电能。而UWB是发出瞬间尖波形电波-也就是所谓的脉冲电波-直接按照0或1发送出去。由于只在需要时发送出脉冲电波，因而大大减少了耗电量。

　　UWB之所以能实现高速数据传输，正是因为这种脉冲的宽度能控制在1纳秒以下，因此实现几百M～1Gbit/秒以上的通信将也不再是梦想。但是，发送脉冲信号需要很宽的频带。

　　作为室内通信用途，美国联邦通信委员会(FCC：Federal Communications Commission)已经将3.1G～10.6GHz频带向UWB通信开放。IEEE802委员会也已将UWB作为PAN(personal area network)的基础技术候选对象来探讨。

　　UWB技术简介：

　　与常见的通信方式使用连续的载波不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。这些脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。所以，UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式，它有望在无线通信领域得到广泛的应用。

　　超宽带无线技术以极宽的频带换取高速、大容量、低功耗和低成本的优点。一个相同作用范围10米的超宽带无线通信系统，其速率可达到无线局域网802.11b的10倍，蓝牙(Bluetooth)的100倍，而其平均功率仅为上述系统的1/10～1/100，而且还具有更低的成本。图1显示出各种短距离无线通信系统的空间通信容量。可见超宽带通信系统的优势是非常显著的。但这并不能说超宽带系统可取代其他系统，而是要视具体情况而定。

　　UWB的技术特点

　　由于UWB与传统通信系统相比，工作原理迥异，因此UWB具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点：

　　(1) 系统结构的实现比较简单：

　　当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器，因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此，UWB系统结构的实现比较简单。

　　(2) 高速的数据传输：

　　民用商品中，一般要求UWB 信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500Mbit/ s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。

　　(3) 功耗低：

　　UWB 系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0. 20ns～1. 5ns 之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW～几十mW。民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。军用的UWB 电台耗电也很低。因此，UWB 设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。

　　(4) 安全性高：

　　作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。UWB系统的发射功率谱密度非常低，有用信息完全淹没在噪声中，被截获概率很小，被检测的概率也很低，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。

　　(5) 多径分辨能力强：

　　由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。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。假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。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。

　　(6) 定位精确：

　　冲激脉冲具有很高的定位精度，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。

　　(7) 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。

　　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通信系统几乎是全数字通信系统，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。可以说，低成本、低功耗、高速率、简单有效的UWB通信正是人类所期望的梦幻般的无线通信方式。

　　当然，UWB通信也存在不足，主要问题是UWB系统占用的带宽很大，UWB系统可能会干扰现其他无线通信系统，因此UWB系统的频率许可问题一直在争论之中;另外，还有学者认为，尽管UWB系统发射的平均功率很低，但是由于它的脉冲持续时间很短，它的瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作。

　　UWB的发展前景

　　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。与当前流行的短距离无线通信技术相比，UWB 具有巨大的数据传输速率优势，最大可以提供高达1000Mbps 以上的传输速率。UWB技术在无线通讯方面的创新性、利益性已引起了全球业界的关注。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。

最近更新时间：2008-08-03 EN