超宽带技术——UWB

UWB简介

UWB(UltraWideband)超宽带是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行通信的技术，也称做脉冲无线电( Impulse Radio)、时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信。

UWB的发展

• UWB（超宽带）概念在1960年就被提出 •1973年，第一个UWB系统的专利被授予

• 从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术 主要用于军事上的雷达系统

• 1993年，R. A. Scholtz在军事 通信会议上发表"论证IR进行 调时/调位多址技术"的论文， 开辟了将IR（脉冲无线电）作 为无线通信载体的新途径

• 随着微电子器件的高速发展， UWB技术开始应用于民用领 域，并在国际上掀起了研究和 应用的热潮，并被认为是下一 代无线通信的革命性技术

UWB技术特点

（1）抗干扰性能强

UWB采用跳时扩频信号，系统具有 较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，与IEEE802．11a、IEEE802．11b和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。

（2）传输速率高

UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s到几百Mbit／s，有望高于蓝牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。

（3） 带宽极宽UWB

使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。

（4）消耗电能小

通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。

（5）保密性好

UWB保密性表现在两方面：  一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据； 另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。

（6）发送功率非常小 UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1mW的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源工作时间。而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，

（7）定位精确

冲激脉冲具有很高的定位精确，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。

（8）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。

与其它短距离无线技术的比较

(1)IEEE802.11a与UWB

IEEE802.11a是由IEEE制定的无线局域网标准之一，物理层速率在54Mbps，传输层速率在25Mbps，它的通信距离可能达到100M，而UWB的通信距离在10M左右。在短距离的范围(如10M以内)，IEEE802.11a的通信速率与UWB相比却相差太大，UWB可以达到上千兆，是IEEE802.11a的几十倍；超过这个距离范围(即大于10M)，由于UWB发射功率受限，UWB就性能就差很多(目前从演示的产品来看，UWB的有效距离已扩展到20M左右)。因此从总体来看，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

蓝牙的传输距离为250px～10m，它采用2.4GHzISM频段和调频、跳频技术，速率为1Mbps。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。从目前的情况来看，蓝牙唯一比UWB优越的地方就是蓝牙的技术已经比较成熟，但是随着UWB的发展，这种优势就不会再是优势。

(3)HomeRF与UWB

HomeRF 是专门针对家庭住宅环境而开发出来的无线网络技术，借用了802. 11 规范中支持TCP/ IP传输的协议；而其语音传输性能则来自DECT(无绳电话) 标准。HomeRF 定义的工作频段为2. 4GHz ，这是不需许可证的公用无线频段。HomeRF 使用了跳频空中接口，每秒跳频50 次，即每秒钟信道改换50 次。收发信机最大功率为100mW ，有效范围约50m，其速率为1Mbps-2Mbps。写UWB相比，各有优势：HomeRF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。

UWB蓝牙802.11a  HomeRF的区别                  　

UWB应用

军用方面

（1）UWB 雷达

（2）UWB L PI/ D 无线内通系统(预警机、舰船等)

（3）战术手持和网络的PL I/ D 电台

（4）警戒雷达

（5）UAV/UGV 数据链

（6）探测地雷

（7）检测地下埋藏的军事目标或以叶簇伪装的物体无线通信系统方面

（1）LAN和PAN

（2）短距离无线（WSN）

民用方面

（1） 地质勘探及可穿透障碍物的传感器(imaging system)

（2）汽车防冲撞传感器等(vehicle radar system)

（3）家电设备及便携设备之间的无线数据通信( communication and measurements　system)

（4）家庭数字娱乐中心

无线通信系统方面

（1）LAN和PAN

（2）短距离无线（WSN）

UWB发展前景

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