超寬帶（UWB）無線通信技術(shù)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(shù)。UWB具有抗干擾性能強、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小、保密性好、對人體輻射小等優(yōu)點，在無線個域網(wǎng)領(lǐng)域中已成為最富有競爭力的技術(shù)之一。文章主要論述UWB的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用，并且對未來的發(fā)展作出預(yù)測。

關(guān)鍵詞：超寬帶；無線通信；實現(xiàn)結(jié)構(gòu)；應(yīng)用與發(fā)展

1UWB技術(shù)簡介

1.1什么是UWB

UWB（Ultra Wideband）是一種無載波通信技術(shù)，采用納秒到微微秒級的非正弦波窄帶脈沖傳輸數(shù)據(jù)，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(nèi)實現(xiàn)數(shù)百Mbps到數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。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(nèi)達到數(shù)百Mbit/s到數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

（3）抗干擾性能比較強，傳輸速率很高，系統(tǒng)容量大且發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率很小，通信設(shè)備能用低于1mW的發(fā)射功率就可以實現(xiàn)通信。同時，低發(fā)射功率能延長系統(tǒng)電源的工作時間。并且，發(fā)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(yīng)用面就廣。

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

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

2UWB的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)

簡單UWB發(fā)射器的設(shè)計與實現(xiàn)如圖1所示。

3國內(nèi)外UWB技術(shù)研究歷程

3.1國外UWB技術(shù)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(fā)商會議，公開演示了UWB（超寬帶技術(shù)）——下一代無線通信技術(shù)。它主要有以下3大特點：（1）高達數(shù)百Mbps的高速率通信。（2）耗電量不到現(xiàn)有無線技術(shù)的百分之一。（3）相對于現(xiàn)有無線技術(shù)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(yīng)。

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(nèi)環(huán)境內(nèi)UWB在AV設(shè)備高速傳輸?shù)目尚行?。STMicro、Thales集團和Motorola等多家公司團體成立了UCAN組織，利用UWB實現(xiàn)PWAN的技術(shù)，其中包括MAC層、實體層、路由以及硬件技術(shù)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(shù)以及近距離無線界面技術(shù)。

3.2國內(nèi)對UWB技術(shù)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(shù)主題研究項目中將“UWB無線通信的關(guān)鍵技術(shù)以及其共存和兼容的技術(shù)”首次作為無線通信的研究內(nèi)容，以此鼓勵國內(nèi)學(xué)者關(guān)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(shù)的高精度定位系統(tǒng)，能夠在室內(nèi)環(huán)境實現(xiàn)3D高精度定位，是當今無線電實時定位領(lǐng)域最先進的定位系統(tǒng)之一。

4UWB的主要應(yīng)用

4.1軍用方面

超寬帶的一個介于雷達與通信中間的應(yīng)用是精確地理定位，比如利用UWB技術(shù)提供3D地理定位信息的設(shè)備。此系統(tǒng)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(fā)傳送實現(xiàn)航程時間的測量，再經(jīng)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(tǒng)一開始主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，它可以實現(xiàn)士兵在城市環(huán)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(shù)字化音視頻的無線連接等相關(guān)民用領(lǐng)域。家庭數(shù)字娛樂中心是超寬帶技術(shù)的一個重要應(yīng)用。它的概念是：家庭住宅中的PC、PAD、家電等智能設(shè)備會與Internet連接在一起，你可以在家中以及周邊短距離內(nèi)使用它們。

5UWB未來的發(fā)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(shù)、很強的匹配能力及功率適配等問題，UWB極不適用便攜式設(shè)備，因而面臨著淪為小市場技術(shù)而落后的危險。與此相同時，藍牙技術(shù)已經(jīng)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(shè)備的大市場。

5.2RFID+UWB

各類技術(shù)之間的融合應(yīng)用可以彌補各自的缺點。RFID與UWB技術(shù)的融合應(yīng)用，能大大推進信息數(shù)字化的建設(shè)。

5.3UWB衛(wèi)星技術(shù)

未來可能會面臨地面終端數(shù)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(xiàn)象。所以我們可以讓地面終端實現(xiàn)信道動態(tài)接入，同時使用衛(wèi)星通信技術(shù)和超寬帶技術(shù)實現(xiàn)短距通信。目前，這種技術(shù)還處于概念研究階段，許多相關(guān)問題還未能得到充分的研究，距離工程化應(yīng)用還有很長的路要走。