UWB概述

　　UWB（Ultra Wideband）是一種無載波通信技術(shù)，UWB又名超寬帶。利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。有人稱它為無線電領(lǐng)域的一次革命性進(jìn)展，認(rèn)為它將成為未來短距離無線通信的主流技術(shù)。一開始是使用脈沖無線電技術(shù)，此技術(shù)可追溯至19世紀(jì)。后來由Intel等大公司提出了應(yīng)用了UWB的MB-OFDM技術(shù)方案，由于兩種方案的截然不同，而且各自都有強(qiáng)大的陣營支持，制定UWB標(biāo)準(zhǔn)的802.15.3a工作組沒能在兩者中決出最終的標(biāo)準(zhǔn)方案，于是將其交由市場解決。

　　uwb技術(shù)特點(diǎn)

　　1、系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出C=Blog2 （1+S/N）可以看出，帶寬增加使信道容量的提高遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號功率上升所帶來的效應(yīng)，這一點(diǎn)也正是提出超寬帶技術(shù)的理論機(jī)理。超寬帶無線電系統(tǒng)用戶數(shù)量大大高于3G 系統(tǒng)。

　　2、高速的數(shù)據(jù)傳輸。UWE 系統(tǒng)使用上吉赫茲的超寬頻帶，根據(jù)香農(nóng)信道容量公式，即使把發(fā)送信號功率密度控制得很低，也可以實(shí)現(xiàn)高的信息速率。一般情況下，其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到幾百兆比特每秒到吉比特每秒。

　　3、多徑分辨能力強(qiáng)。UWE 由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率，窄脈沖的多徑信號在時間上不易重疊，很容易分離出多徑分量，所以能充分利用發(fā)射信號的能量。實(shí)驗(yàn)表明，對常規(guī)無線電信號多徑衰落深達(dá)10~30dB 的多徑環(huán)境，UMB 信號的衰落最多不到5dB。

　　4、隱蔽性好。因?yàn)閁WB 的頻譜非常寬，能量密度非常低，因此信息傳輸安全性高。另一方面，由于能量密度低，UMB設(shè)備對于其他設(shè)備的干擾就非常低。

　　5、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，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，而GPS 定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)。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(dá)厘米級。

　　6、抗干擾能力強(qiáng)。UWB 擴(kuò)頻處理增益主要取決于脈沖的占空比和發(fā)送每個比特所用的脈沖數(shù)。UWB的占空比一般為0.01~0.001，具有比其他擴(kuò)頻系統(tǒng)高得多的處理增益，抗干擾能力強(qiáng)。一般來說，UWE 抗干擾處理增益在50dB 以上。

　　7、低成本和低功耗。UMB無線通信系統(tǒng)接收機(jī)沒有本振、功放、鎖相環(huán)（PLL）、壓控振蕩器（VC0）、混頻器等，因而結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本將很低。由于UWB信號無需載波，而是使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時間很短，一般在0.20~1.5ns 之間，有很低的占空因數(shù)，所以它只需要很低的電源功率。一般UWB 系統(tǒng)只需要50~70mW的電源，是藍(lán)牙技 術(shù)的十分之一。盡管如此，UJWB 在技術(shù)上面臨一定的挑戰(zhàn)，還有諸多技術(shù)的問題有待研究解決， 比如需要更好地理解UWB 傳播信道的特點(diǎn)，建立信道模型，解訣多徑傳播; 需要進(jìn)一步研究高速脈沖信號的生成、處理等技術(shù); 研究新的調(diào)制技術(shù)，進(jìn)一步降低收發(fā)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度等。

　　uwb技術(shù)主要應(yīng)用于哪些方面及作用

　　由于UWB具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢，同時受發(fā)射功率的限制，在短距離范圍內(nèi)提供高速無線數(shù)據(jù)傳輸將是UWB的重要應(yīng)用領(lǐng)域，如當(dāng)前WLAN和WPAN的各種應(yīng)用?？偟恼f來，UWB主要分為軍用和民用兩個方面。

　　軍事應(yīng)用：

　?。?）軍事通信

　　軍事通信的要求呈現(xiàn)出大容量、低截獲（LPI/D）、高速率的特征，UWB可以滿足這些需求。

　　（2）軍事雷達(dá)與導(dǎo)航

　　UWB技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、定位、通信三種功能相結(jié)合的產(chǎn)品，特別適合雷達(dá)高檢測分辯率和小型化的要求，便于安裝在小型飛機(jī)和移動戰(zhàn)車上。另外，UWB技術(shù)在穿墻／地成像探測雷達(dá)、警戒雷達(dá)、高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用價值，這些技術(shù)有的在美軍中已處于實(shí)戰(zhàn)配備前的階段。

　　民用：

　　UWB在無線個域網(wǎng)、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫媸袌鰪V闊，前景誘人。其應(yīng)用發(fā)展趨勢將主要集中在以下幾個方面。

　?。?）無線個人空間網(wǎng)絡(luò)（WPAN）

　　也被稱作家庭網(wǎng)絡(luò)，是UWB的主要發(fā)展方向之一。如今，家庭電子消費(fèi)產(chǎn)品層出不窮，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們希望將家庭娛樂系統(tǒng)與Internet連到一起，可以在任何地方使用。因此，將Adhoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、IEEE1394接口標(biāo)準(zhǔn)與UWB傳輸技術(shù)相結(jié)合，把家庭娛樂設(shè)備、通信設(shè)備、計算機(jī)連接在一起構(gòu)成家庭多媒體網(wǎng)絡(luò)，非常有發(fā)展前景。

　?。?）無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)

　　UWB本身固有的優(yōu)點(diǎn)可以顯著提高無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)的性能，擴(kuò)展它的應(yīng)用范圍。UWB抗多徑干擾的魯棒性解決了困擾無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)多年的難題；UWB的低發(fā)射功率使得基于UWB的無線Adhoc網(wǎng)絡(luò)可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共

　　存，節(jié)省寶貴的頻譜資源，提高了數(shù)據(jù)速率，從而使得大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用成為可能。

　?。?）無線USB（WUSB）

　　WUSB技術(shù)是基于超寬帶無線通信技術(shù)的全新通信標(biāo)準(zhǔn)，它通過USB接口和最先進(jìn)的無線通信技術(shù)擴(kuò)展了設(shè)備之間的連通性。在繼承傳統(tǒng)有線USB2.0標(biāo)準(zhǔn)所具有的較高傳輸速率優(yōu)勢的同時，充分利用UWB傳輸技術(shù)的靈活性和極高的自由度，能在3m的距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)480Mbit／s的等效帶寬，兼顧了安全性、可靠性、降低功耗等特性。

　　（4）智能無線局域網(wǎng)

　　智能無線局域網(wǎng)的基本要求是提供一個低成本、低功耗的智能傳輸網(wǎng)，UWB系統(tǒng)可以方便地應(yīng)用于無線局域網(wǎng)，如智能交通系統(tǒng)中，提供高性能、低成本的解決方案。

　?。?）車藏疊達(dá)系統(tǒng)

　　基于超寬帶技術(shù)的傳感系統(tǒng)可提高傳統(tǒng)近距離移動傳感器的分辯率，依靠超寬帶的高質(zhì)量準(zhǔn)確性和區(qū)分目標(biāo)的功能。智能碰撞避免和巡航控制系統(tǒng)時代已為時不遠(yuǎn)了。

　?。?）室外對等網(wǎng)

　　這種網(wǎng)絡(luò)主要是用在室外滿足掌上電腦（PDA）的數(shù)據(jù)交換、數(shù)字報亭報刊文摘的快速下載、音像制品的租售等，這些實(shí)用價值構(gòu)成了UWB應(yīng)用的一個巨大潛在市場。

　　當(dāng)然UWB還在醫(yī)療、服務(wù)等領(lǐng)域有著諸多的應(yīng)用，它的最終目標(biāo)是與其他異類網(wǎng)絡(luò)無縫共存、協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)隨時隨地的通信。

　　uwb技術(shù)發(fā)展的策略與方向

　　雖然國內(nèi)存在巨大的超寬帶市場發(fā)展空間。但由于標(biāo)準(zhǔn)的爭論，預(yù)計真正的超寬帶市場將經(jīng)過較長的一段時間才能逐漸形成并壯大。這正是我們的機(jī)遇，我國UWB研究的策略應(yīng)遵循以下幾點(diǎn)。

　?。?）盡快制定民用UWB無線通信使用頻譜的規(guī)定，促進(jìn)UWB技術(shù)在民用領(lǐng)域的發(fā)展。

　　（2）國內(nèi)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)應(yīng)該聯(lián)合起來進(jìn)行UWB的研發(fā)，盡量避免重復(fù)的投入。這樣才有可能縮小與國際最先進(jìn)水平的差距。

　　（3）在研究中，應(yīng)該著重開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，不應(yīng)簡單地重復(fù)別人的工作。

　?。?）在研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)該圍繞我們掌握的知識產(chǎn)權(quán)，結(jié)合國際上UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行我國UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，為UWB的產(chǎn)業(yè)化鋪平道路。

　?。?）在UWB的發(fā)展方向方面，我們應(yīng)針對調(diào)制載波和基帶窄脈沖方式這兩類方案的特點(diǎn)，對它們分別進(jìn)行研究、開發(fā)，并將它們應(yīng)用到適當(dāng)?shù)念I(lǐng)域。

　　在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，UWB必定會以其高速、安全、低成本等諸多優(yōu)點(diǎn)，吸引越來越多研究者的注意，發(fā)展?jié)摿笆袌隹臻g不可估量。必須承認(rèn)國內(nèi)對于UWB的研究多處在測試仿真和學(xué)習(xí)階段，缺乏原創(chuàng)性的核心技術(shù)，這對我國這樣一個消費(fèi)大國來說是很不利的，因此我們必須花大力氣在這些高新技術(shù)研究上，提高國家科技競爭實(shí)力。著眼于未來，UWB芯片將是使用量極大的常用芯片，必將廣泛應(yīng)用于計算機(jī)、消費(fèi)電子和移動終端等便攜設(shè)備。完全靠進(jìn)口是不可想象的。因此，我國應(yīng)該及早參考和借鑒國外研究成果。制訂適合我國國情的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，最終實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)、本土生產(chǎn)。