超寬帶（UWB）無線通信技術研究

張思瑤

摘要：UWB（UltraWideband），即超寬帶。一種起源于19世紀的無線短距離通信技術。UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發送功率小、保密性好、對人體輻射小等優點，在無線個域網領域中已成為最富有競爭力的技術之一。文章主要論述UWB的發展現狀及應用，并且對未來的發展作出預測。

關鍵詞：超寬帶；無線通信；實現結構；應用與發展

1UWB技術簡介

1.1什么是UWB

UWB（Ultra Wideband）是一種無載波通信技術，采用納秒到微微秒級的非正弦波窄帶脈沖傳輸數據，因而能夠在較寬的頻譜上傳送功率極低的信號，UWB可以在10米左右范圍內實現數百Mbps到數Gbps的數據傳輸率。

1.2UWB的特點

（1）不用載波，而采用時間間隔極短（小于1ns）的脈沖波進行通信。

（2）能利用納秒到微微秒級的非正弦波窄帶脈沖傳輸數據。通過較寬的頻譜來傳送極低功率的信號，UWB可以在10米左右范圍內達到數百Mbit/s到數Gbit/s的數據傳輸速率。

（3）抗干擾性能比較強，傳輸速率很高，系統容量大且發送功率非常小。UWB系統發射功率很小，通信設備能用低于1mW的發射功率就可以實現通信。同時，低發射功率能延長系統電源的工作時間。并且，發射功率小，意味著其電磁波輻射對人體造成的影響也會很小，應用面就廣。

目前，超寬帶的傳輸距離都在十米之內，它的傳輸速率達到了480Mbps，與同類技術相比，是藍牙標準的159倍，是WiFi標準的18.5倍，很適合傳輸數據量較大的多媒體信息。

總結：抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發送功率小、保密性好。

2UWB的實現結構

簡單UWB發射器的設計與實現如圖1所示。

3國內外UWB技術研究歷程

3.1國外UWB技術的研究

美國Intel公司在2002年2月28日舉辦了“Intel Developer Forum（IDF）Spring 2002”開發商會議，公開演示了UWB（超寬帶技術）——下一代無線通信技術。它主要有以下3大特點：（1）高達數百Mbps的高速率通信。（2）耗電量不到現有無線技術的百分之一。（3）相對于現有無線技術成本低。

Intel總裁保羅·奧特里尼已宣布：“將會在Banias中集成無線LAN的功能”。Banias是能夠和Crusoe抗衡的低耗電處理器，在2003年上半年便已開始供應。

歐盟以及日本也很重視UWB，紛紛開展了研究計劃。由Wisair、Philips等六家公司成立了Ultrawaves組織。主要研究家庭等是室內環境內UWB在AV設備高速傳輸的可行性。STMicro、Thales集團和Motorola等多家公司團體成立了UCAN組織，利用UWB實現PWAN的技術，其中包括MAC層、實體層、路由以及硬件技術等。瑞士的IBM研究公司和英國的Philips等四十多家研究團體組成了PULSERS組織，主要研究UWB的位置測量技術以及近距離無線界面技術。

3.2國內對UWB技術的研究

中國早在2001年9月初就在“十五”國家863計劃通信技術主題研究項目中將“UWB無線通信的關鍵技術以及其共存和兼容的技術”首次作為無線通信的研究內容，以此鼓勵國內學者關注這方面的研究。當下，常州唐恩軟件科技有限公司，研制了基于UWB技術的高精度定位系統，能夠在室內環境實現3D高精度定位，是當今無線電實時定位領域最先進的定位系統之一。

4UWB的主要應用

4.1軍用方面

超寬帶的一個介于雷達與通信中間的應用是精確地理定位，比如利用UWB技術提供3D地理定位信息的設備。此系統是由無線塔標和移動漫游器組成的。它的基本原理是，通過漫游器和塔標間的包突發傳送實現航程時間的測量，再經過往返時間測量值的對比，再分析便能得到目標的精確定位。UWB地理定位系統一開始主要應用于軍事領域，它可以實現士兵在城市環境下能以高分辨率測定自身所處位置。

4.2民用方面

超寬帶同樣適用于短距離高速寬的帶無線接入和數字化音視頻的無線連接等相關民用領域。家庭數字娛樂中心是超寬帶技術的一個重要應用。它的概念是：家庭住宅中的PC、PAD、家電等智能設備會與Internet連接在一起，你可以在家中以及周邊短距離內使用它們。

5UWB未來的發展

5.1Blutooth+UWB

UWB自身的一些缺點使得它無法被普及和廣泛使用。由于缺乏可靠的安全性、信令技術、很強的匹配能力及功率適配等問題，UWB極不適用便攜式設備，因而面臨著淪為小市場技術而落后的危險。與此相同時，藍牙技術已經很成熟可靠并且高效，而UWB的低功耗高速率正好能彌補藍牙的缺點，可以將UWB引入便攜式設備的大市場。

5.2RFID+UWB

各類技術之間的融合應用可以彌補各自的缺點。RFID與UWB技術的融合應用，能大大推進信息數字化的建設。

5.3UWB衛星技術

未來可能會面臨地面終端數量多，多個終端同時接入信道造成擁堵的問題，同時會造成頻譜重疊現象。所以我們可以讓地面終端實現信道動態接入，同時使用衛星通信技術和超寬帶技術實現短距通信。目前，這種技術還處于概念研究階段，許多相關問題還未能得到充分的研究，距離工程化應用還有很長的路要走。