超宽带（UWB）无线通信技术研究

张思瑶

摘要：UWB（UltraWideband），即超宽带。一种起源于19世纪的无线短距离通信技术。UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小、保密性好、对人体辐射小等优点，在无线个域网领域中已成为最富有竞争力的技术之一。文章主要论述UWB的发展现状及应用，并且对未来的发展作出预测。

关键词：超宽带；无线通信；实现结构；应用与发展

1UWB技术简介

1.1什么是UWB

UWB（Ultra Wideband）是一种无载波通信技术，采用纳秒到微微秒级的非正弦波窄带脉冲传输数据，因而能够在较宽的频谱上传送功率极低的信号，UWB可以在10米左右范围内实现数百Mbps到数Gbps的数据传输率。

1.2UWB的特点

（1）不用载波，而采用时间间隔极短（小于1ns）的脉冲波进行通信。

（2）能利用纳秒到微微秒级的非正弦波窄带脉冲传输数据。通过较宽的频谱来传送极低功率的信号，UWB可以在10米左右范围内达到数百Mbit/s到数Gbit/s的数据传输速率。

（3）抗干扰性能比较强，传输速率很高，系统容量大且发送功率非常小。UWB系统发射功率很小，通信设备能用低于1mW的发射功率就可以实现通信。同时，低发射功率能延长系统电源的工作时间。并且，发射功率小，意味着其电磁波辐射对人体造成的影响也会很小，应用面就广。

目前，超宽带的传输距离都在十米之内，它的传输速率达到了480Mbps，与同类技术相比，是蓝牙标准的159倍，是WiFi标准的18.5倍，很适合传输数据量较大的多媒体信息。

总结：抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小、保密性好。

2UWB的实现结构

简单UWB发射器的设计与实现如图1所示。

3国内外UWB技术研究历程

3.1国外UWB技术的研究

美国Intel公司在2002年2月28日举办了“Intel Developer Forum（IDF）Spring 2002”开发商会议，公开演示了UWB（超宽带技术）——下一代无线通信技术。它主要有以下3大特点：（1）高达数百Mbps的高速率通信。（2）耗电量不到现有无线技术的百分之一。（3）相对于现有无线技术成本低。

Intel总裁保罗·奥特里尼已宣布：“将会在Banias中集成无线LAN的功能”。Banias是能够和Crusoe抗衡的低耗电处理器，在2003年上半年便已开始供应。

欧盟以及日本也很重视UWB，纷纷开展了研究计划。由Wisair、Philips等六家公司成立了Ultrawaves组织。主要研究家庭等是室内环境内UWB在AV设备高速传输的可行性。STMicro、Thales集团和Motorola等多家公司团体成立了UCAN组织，利用UWB实现PWAN的技术，其中包括MAC层、实体层、路由以及硬件技术等。瑞士的IBM研究公司和英国的Philips等四十多家研究团体组成了PULSERS组织，主要研究UWB的位置测量技术以及近距离无线界面技术。

3.2国内对UWB技术的研究

中国早在2001年9月初就在“十五”国家863计划通信技术主题研究项目中将“UWB无线通信的关键技术以及其共存和兼容的技术”首次作为无线通信的研究内容，以此鼓励国内学者关注这方面的研究。当下，常州唐恩软件科技有限公司，研制了基于UWB技术的高精度定位系统，能够在室内环境实现3D高精度定位，是当今无线电实时定位领域最先进的定位系统之一。

4UWB的主要应用

4.1军用方面

超宽带的一个介于雷达与通信中间的应用是精确地理定位，比如利用UWB技术提供3D地理定位信息的设备。此系统是由无线塔标和移动漫游器组成的。它的基本原理是，通过漫游器和塔标间的包突发传送实现航程时间的测量，再经过往返时间测量值的对比，再分析便能得到目标的精确定位。UWB地理定位系统一开始主要应用于军事领域，它可以实现士兵在城市环境下能以高分辨率测定自身所处位置。

4.2民用方面

超宽带同样适用于短距离高速宽的带无线接入和数字化音视频的无线连接等相关民用领域。家庭数字娱乐中心是超宽带技术的一个重要应用。它的概念是：家庭住宅中的PC、PAD、家电等智能设备会与Internet连接在一起，你可以在家中以及周边短距离内使用它们。

5UWB未来的发展

5.1Blutooth+UWB

UWB自身的一些缺点使得它无法被普及和广泛使用。由于缺乏可靠的安全性、信令技术、很强的匹配能力及功率适配等问题，UWB极不适用便携式设备，因而面临着沦为小市场技术而落后的危险。与此相同时，蓝牙技术已经很成熟可靠并且高效，而UWB的低功耗高速率正好能弥补蓝牙的缺点，可以将UWB引入便携式设备的大市场。

5.2RFID+UWB

各类技术之间的融合应用可以弥补各自的缺点。RFID与UWB技术的融合应用，能大大推进信息数字化的建设。

5.3UWB卫星技术

未来可能会面临地面终端数量多，多个终端同时接入信道造成拥堵的问题，同时会造成频谱重叠现象。所以我们可以让地面终端实现信道动态接入，同时使用卫星通信技术和超宽带技术实现短距通信。目前，这种技术还处于概念研究阶段，许多相关问题还未能得到充分的研究，距离工程化应用还有很长的路要走。