浅谈UWB技术

【摘要】本文主要对UWB通信技术进行简要阐述。首先对UWB技术的基本概念、历史发展和特点等进行介绍，其次对UWB技术原理进行解析，最后指出UWB技术的应用前景。

【关键词】UWB 通信技术 发展 特点

一、UWB简介

UWB是Ultra Wide Band（超宽带通信）的简称，是一种主要应用于近距离无线通信的技术。根据美国联邦通信委员会（FCC）的定义：信号带宽与中心频率之比小于1%为窄带，在1%到25%之间为宽带；信号带宽大于1.5Ghz或与其中心频率之比大于25%为超宽带。UWB是一种超宽带通信技术，UWB信号所含有的频率成分的范围要大于窄带信号和宽带信号，位于超宽带信号的范围。UWB与现有通信技术最大的不同是不需要载波，而且是通过发送纳秒级脉冲进行数据传输，因此信号在传输时所需要的功率很低，只有几十μW，最大数据传输速率可达几十Mbit/s到几百Mbit/s。UWB技术在保证数据高速传输的同时，解决了移动终端的功耗问题，因此有着广泛的应用前景。

（一）UWB的历史发展。

UWB技术起源于20世纪60年代对微波网络冲击响应的研究。此后一直被美国军方严格控制，研究焦点主要集中在雷达系统中，主要应用于军用雷达。该技术开始被称为“无载波”无线电，或脉冲无线电，1989年，美国国防部首次使用超宽带（UWB）名称作为这一技术的术语。自1998年起，为了探究UWB在民用领域使用的可行性，FFC开始广泛征求业界意见。2002年2月14日，FFC批准UWB用于民用通信，正式开放UWB在短距离通信的应用许可。2003年2月，在美国新墨西哥州举行有关UWB标准的大讨论，形成以Intel与德州仪器为首支持MBOA标准和以摩托罗拉为首支持DS-UWB标准的两大阵营，双方在这场讨论中互不相让，标准悬而未决。此后，两大阵营中的众多公司纷纷加大研发投入，相继有了各自主打的产品上市，UWB技术越来越受到各方面的重视。我国在2001年9月的“十五”国家863计划通信技术主题研究项目中，首次将“超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术”作为无线通信共性技术与新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研究工作。

（二）UWB技术的特点。

由于UWB采用与传统技术迥异的无载波传输技术，所以与传统通信相比UWB具有如下主要特点：

1.耗能低。通常情况下，无线电通信系统需要发射连续载波，要消耗一定的能量，而UWB只是发出瞬间脉冲，直接按0和1发送出去，并且只有在需要时才发送电波，所以电能消耗很低。UWB信号的发送功率也很小，大大延长系统电源工作时间，电磁波辐射对人体影响也小。

2.传输速率高。UWB数据传输速率可达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，这样的传输速率，高于蓝牙技术100倍，也高于IEEE802.11a和IEEE802.11b.

3.带宽宽。UWB使用较宽带宽，可以和目前的窄带及宽带通信系统共同工作而互不干扰，在频率资源紧张的今天，开辟了新的无线电资源。

4.抗干扰性能强，保密性好。UWB采用跳时扩频系统，具有较大的处理增益，这样在发送端可以使用极低功率发送微弱信号，避开传输中可能的干扰，在接收端利用足够的增益处理，得出所需信号。采用跳时扩频，接收机只有知道发送端扩频码时才能解出发射数据，而且用传统的接收机无法接受。

二、 技术原理及问题

脉冲无线电是早期UWB技术的代名词，其与传统正弦载波通信技术的最大不同是采用冲击脉冲作为信息载体而非高频正弦波，也正是由于这一点，UWB技术与传统技术相比具有上述优点。以下分几个方面对UWB技术基本原理进行阐述。

（一）UWB常用基本脉冲。

UWB技术采用的典型基带窄脉冲是高斯双叶脉冲，这种脉冲生成容易而被经常使用。其对应的时域和频域波形如下：

由频域图可知，UWB采用的时域脉冲信号使得其频域带宽很宽，有数Ghz。

（二）UWB调制方式。

UWB常用的调制方式为脉位调制（PPM）。PPM是用待传数据控制改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对于基准时间的位置来传递信息，实现起来简单，但是对时间控制的精确度要求很高，其波形如下所示：

除了典型的PPM调制方式外，还有用待传数据控制基带脉冲其他参量的多种调制方式。通过编码技术实现的伪随机编码调制可使UWB信号的频谱接近白噪声谱，并使功率大幅度减小。

（三）UWB信号的接收技术。

目前实现UWB接收的方法主要有：相关接收机法；自相关器接收机法；采用自适应的最小均方误差实现多用户检测的接收机。UWB信号的接收天线，需要是微型的，在各种条件下能正常工作，具有一定增益和超宽频带。目前UWB天线通常有：单极、双极、电磁环、陀螺旋、碟-锥形等。

（四）面临的问题。

虽然UWB技术已经发展了几十年，但仍然有许多问题亟待解决。主要有：保证信号准确性的前向纠错编码的设计；高速脉冲电路的设计与实现；多址方案的设计；信道建模；多径衰落的处理；调制技术的改进。

三、UWB技术的应用前景

由于UWB技术具有强大的数据传输速率优势，同时拥有低功耗的特点，在短距离内提供高速无线数据传输将是它的主要应用领域，其主要分为军用和民用两个方面。在军用方面，主要应用有：UWB雷达、无线内通系统、探测地雷、检测地下隐藏目标等。家用方面，UWB在家庭数字娱乐领域有着广泛的应用前景。近几年，家庭消费电子层出不穷：PC、DVD、数码相机、HDTV、PDA、数字机顶盒、MD、智能家电等等。未来的家庭数字娱乐中心将是把PC、娱乐设备、智能家电和互联网联结起来共同工作的，在这种趋势下，UWB通信技术由于具有在短距离通信中极高速率、低功耗等优点，将得到广泛的应用。

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