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目前一種新的無線通信技術引起了人們的廣泛關注，這就是所謂的"UWB(Ultra WideBand，超寬帶無線技術)"技術。正如其名稱一樣，UWB技術是一種使用1GHz以上帶寬的最先進的無線通信技術，被認為是未來五年電信熱門技術之一。但是UWB不是一個全新的技術，它實際上是整合了業(yè)界已經(jīng)成熟的技術如無線USB、無線1394等連接技術。

什么是UWB？

UWB是一種高速、低成本和低功耗新興無線通信技術。

UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%。與常見的通信方式使用連續(xù)的載波不同，UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息，通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。這些脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百Mbps。在高速通信的同時，UWB設備的發(fā)射功率卻很小，僅僅是現(xiàn)有設備的幾百分之一，對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲，因此從理論上講，UWB可以與現(xiàn)有無線電設備共享帶寬。所以，UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式，它有望在無線通信領域得到廣泛的應用。　　

　　由于UWB與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比，工作原理迥異，因此UWB具有如下傳統(tǒng)通信系統(tǒng)無法比擬的技術特點：

　　(1) 系統(tǒng)結構的實現(xiàn)比較簡單：
當前的無線通信技術所使用的通信載波是連續(xù)的電波，載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化，從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過發(fā)送納秒級脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號。UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵天線，不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻，從而不需要功用放大器與混頻器，因此，UWB允許采用非常低廉的寬帶發(fā)射器。同時在接收端，UWB接收機也有別于傳統(tǒng)的接收機，不需要中頻處理，因此，UWB系統(tǒng)結構的實現(xiàn)比較簡單。

　　(2) 高速的數(shù)據(jù)傳輸：
民用商品中，一般要求UWB 信號的傳輸范圍為10m以內(nèi)，再根據(jù)經(jīng)過修改的信道容量公式，其傳輸速率可達500Mbit/ s，是實現(xiàn)個人通信和無線局域網(wǎng)的一種理想調(diào)制技術。UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術使用的頻帶。在軍事應用中，可以利用巨大的擴頻增益來實現(xiàn)遠距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳輸。

    (3) 功耗低：
UWB 系統(tǒng)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. 20ns～1. 5ns 之間，有很低的占空因數(shù)，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百μW～幾十mW。民用的UWB 設備功率一般是傳統(tǒng)移動電話所需功率的1/ 100 左右，是藍牙設備所需功率的1/ 20 左右。軍用的UWB 電臺耗電也很低。因此，UWB 設備在電池壽命和電磁輻射上，相對于傳統(tǒng)無線設備有著很大的優(yōu)越性。

　　(4) 安全性高：
作為通信系統(tǒng)的物理層技術具有天然的安全性能。UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度非常低，有用信息完全淹沒在噪聲中，被截獲概率很小，被檢測的概率也很低，由于UWB 信號一般把信號能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，對一般通信系統(tǒng)，UWB 信號相當于白噪聲信號，并且大多數(shù)情況下，UWB 信號的功率譜密度低于自然的電子噪聲，從電子噪聲中將脈沖信號檢測出來是一件非常困難的事。采用編碼對脈沖參數(shù)進行偽隨機化后，脈沖的檢測將更加困難。

　　(5) 多徑分辨能力強：
由于常規(guī)無線通信的射頻信號大多為連續(xù)信號或其持續(xù)時間遠大于多徑傳播時間， 多徑傳播效應限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。由于超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號在時間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時間上發(fā)生交疊，其多徑傳輸路徑長度應小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號在時間上不重疊，很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號的能量。大量的實驗表明，對常規(guī)無線電信號多徑衰落深達10～ 30 dB 的多徑環(huán)境， 對超寬帶無線電信號的衰落最多不到5 dB。

　　(6) 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，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無線電難以做到這一點。超寬帶無線電具有極強的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進行精確定位，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， 其定位精度可達厘米級， 此外，超寬帶無線電定位器更為便宜。

　　(7) 工程簡單造價便宜：
在工程實現(xiàn)上，UWB比其它無線技術要簡單得多，可全數(shù)字化實現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學方式產(chǎn)生脈沖，并對脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個芯片上，設備的成本將很低。

UWB系統(tǒng)特點適合于高速移動環(huán)境下使用。更重要的是，UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，UWB通信系統(tǒng)幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，這樣可以減小系統(tǒng)的復雜性，降低成本。可以說，低成本、低功耗、高速率、簡單有效的UWB通信正是人類所期望的夢幻般的無線通信方式。

當然，UWB通信也存在不足，主要問題是UWB系統(tǒng)占用的帶寬很大，UWB系統(tǒng)可能會干擾現(xiàn)其他無線通信系統(tǒng)，因此UWB系統(tǒng)的頻率許可問題一直在爭論之中；另外，還有學者認為，盡管UWB系統(tǒng)發(fā)射的平均功率很低，但是由于它的脈沖持續(xù)時間很短，它的瞬時功率峰值可能會很大，這甚至會影響到民航等許多系統(tǒng)的正常工作。

UWB通信與其它短距離無線通信技術的比較

UWB技術與現(xiàn)有其它無線通信技術有著很大的不同，它將會為無線局域網(wǎng)（LAN）和個人局域網(wǎng)（PAN）的接入帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的解決方案。超寬帶技術解決了困擾傳統(tǒng)無線電技術多年的諸如信道衰落、高速率時系統(tǒng)復雜、成本高和功耗大等重大難題，但是UWB通信不會很快取代現(xiàn)有的其它無線通信技術。從UWB的技術參數(shù)來看，UWB的傳輸距離只有10M左右，因此我們只拿常見的短距離無線技術與UWB作一對比，從中更能顯示出UWB的杰出的優(yōu)點。常見的短距離無線技術由IEEE802.11a、藍牙、HomeRF。

（1）UWB與IEEE802.11a

IEEE802.11a是由IEEE制定的無線局域網(wǎng)標準之一，物理層速率在54Mbps，傳輸層速率在25Mbps，它的通信距離可達到100M，工作在5GHzU-NII頻帶，采用正交頻分復用（OFDM）擴頻技術；可提供25Mbps的無線ATM接口和10Mbps的以太網(wǎng)無線幀結構接口，以及TDD/TDMA的空中接口，支持語音、數(shù)據(jù)、圖像業(yè)務。它主要用來解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶與用戶終端的無線接入。
而UWB的通信距離在10M左右。在短距離的范圍(如10M以內(nèi))，IEEE802.11a的通信速率與UWB相比卻相差太大，UWB可以達到上千兆，是IEEE802.11a的幾十倍；超過這個距離范圍(即大于10M)，由于UWB發(fā)射功率受限，UWB性能就差很多(目前從演示的產(chǎn)品來看，UWB的有效距離已擴展到20M左右)。根據(jù)英特爾照FCC的規(guī)定而進行的演示結果顯示，對于10m以內(nèi)的距離，UWB可以發(fā)揮出高達數(shù)百Mbps的傳輸性能，但是在20m處反倒是IEEE802.11a/b的無線局域網(wǎng)網(wǎng)設備更好一些。因此在目前UWB發(fā)射功率受限的情況下，UWB只能用于10m以內(nèi)的高速數(shù)據(jù)通信，而10m到100m的無線局域網(wǎng)通信，還需要由802.11來完成，當然與UWB相比，802.11的功耗大，傳輸速率低。　因此從總體來看，10M以內(nèi)，802.11a無法與UWB相比；但是在10M以外，UWB無法與802.11a相比。另外與UWB相比，802.11a的功耗相當大。

（2）UWB與Bluetooth

藍牙技術是愛立信、IBM等5家公司在1998年聯(lián)合推出的一項無線網(wǎng)絡技術。隨后成立的藍牙技術特殊興趣組織(SIG)來負責該技術的開發(fā)和技術協(xié)議的制定，如今全世界已有1800多家公司加盟該組織。藍牙的傳輸距離為10cm～10m。它采用2.4GHz ISM頻段和調(diào)頻、跳頻技術，速率為1Mbps。從技術參數(shù)上來看，UWB的優(yōu)越性是比較明顯的，有效距離差不多，功耗也差不多，但UWB的速度卻快得多，是藍牙速度的幾百倍。
從目前的情況來看，藍牙唯一比UWB優(yōu)越的地方就是藍牙的技術已經(jīng)比較成熟，但是隨著UWB的發(fā)展，這種優(yōu)勢就不會再是優(yōu)勢，因此有人在UWB剛出現(xiàn)時，把UWB看成是藍芽的殺手，不是沒有道理的。
從性能價格比上看，Bluetooth是現(xiàn)有無線通信方式中最接近UWB的，但是UWB真的會取代Bluetooth嗎？從目前的情況看，答案是否定的。首先從應用領域來看，Bluetooth工作在無須申請的2.4GHz ISM頻段上，主要用來連接打印機、筆記本電腦等辦公設備。它的通信速率通常在1Mbps以下，通信距離可以達到10m以上。而UWB的通信速率在幾百Mbps，通信距離僅有幾米，因此二者的應用領域不盡相同。其次，從技術上看，經(jīng)過多年的發(fā)展，Bluetooth已經(jīng)具有較完善的通信協(xié)議。Bluetooth的核心協(xié)議包括物理層協(xié)議和鏈路接入?yún)f(xié)議，鏈路管理協(xié)議及服務發(fā)展協(xié)議等等，而UWB的工業(yè)實用協(xié)議還在制定中，估計要等到2004年才可能初步確定。還有，Bluetooth是一種短距離無線連接技術標準的代稱，藍牙的實質(zhì)內(nèi)容就是要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標準，從這方面講，UWB可以看作是采用一種特殊無線電波來高速傳送數(shù)據(jù)的通信方式，嚴格地講，它不能構成一個完整的通信協(xié)議或標準�？紤]到UWB高速、低功耗的特點，也許在下一代Bluetooth標準中，UWB可能被用做物理層的通信方式。最后，從市場角度分析，藍牙產(chǎn)品已經(jīng)成熟并得到推廣和使用，而UWB的研究還處在起步階段。基于以上原因，在未來的幾年內(nèi)，UWB和Bluetooth更有可能既是競爭對手，又是合作朋友。　

（3）UWB與HomeRF

HomeRF 是專門針對家庭住宅環(huán)境而開發(fā)出來的無線網(wǎng)絡技術，旨在家庭范圍內(nèi)，使計算機與其他電子設備之間實現(xiàn)無線通信的開放性工業(yè)標準。HomeRF是IEEE802.11與DECT的結合，使用這種技術能降低語音數(shù)據(jù)成本。HomeRF工作在2.4GHz頻帶，采用擴頻技術， 使用跳頻空中接口，每秒跳頻50 次，收發(fā)信機最大功率為100mW ，有效范圍約50m，其速率為 1Mbps至2Mbps。能同步支持4條高質(zhì)量語音信道，但是HomeRF的傳輸速率只有1M～2Mbps。由于HomeRF技術沒有完全公開，目前只有幾十家小企業(yè)支持，在抗干擾等方面相對應其他技術而言尚有欠缺，因此它的應用前景還不是十分明朗。與UWB相比，各有優(yōu)勢：HomeRF的傳輸距離遠，但速率太低；UWB傳輸距離只有HomeRF的五分之一，但速度卻是HomeRF的幾百倍甚至上千倍。家庭射頻（HomeRF）標準是由HomeRF工作組開發(fā)的，同IEEE802.11一樣，HomeRF的通信距離比UWB遠，而傳輸速率比UWB低，在UWB發(fā)射功率受限的前提下，二者應該是各有千秋。

結合上述討論，可以用表1對四種短距離無線通信做個簡單的比較。

表1 4種短距離無線通信比較

　　總而言之，這些流行的短距離無線通信標準各有千秋，這些技術之間存在著相互競爭， 但在某些實際應用領域內(nèi)它們又相互補充。單純地說"UWB或取代某種技術"這是一種不負責任的說法，就好像飛機又快又穩(wěn)，也沒有取代自行車一樣，各有各的應用領域。

UWB的應用
鑒于UWB信號是持續(xù)時間非常短的脈沖串，占用帶寬大，因此它有一些十分獨特的優(yōu)點和用途。UWB的用途主要分為軍事和民用兩個方面。
在軍事上UWB可以用于低截獲率（LPI/D）的內(nèi)部無線通信系統(tǒng)、LPI/D地波通信、LPI/D高度計、戰(zhàn)場手持和網(wǎng)絡LPI/D電臺、UWB雷達、防撞雷達、警戒雷達、無線標簽、接近引信、高精度定位系統(tǒng)、無人駕駛飛行器和地面戰(zhàn)車及其通信鏈路、探測地雷、檢測地址目標等等。
在民用方面，UWB可用于20Mbps以上的高速無線局域網(wǎng)、高度計、民航防撞雷達、汽車防撞感應器、高精度定位、無線標簽和工業(yè)射頻監(jiān)控等。

從應用領域來分：
在通信領域，UWB可以提供高速率的無線通信。
在雷達方面，UWB雷達具有高分辨力（ns級）。當前的隱身技術采用的是隱射涂料和隱身特殊結構，但都只能在一個不大的頻帶內(nèi)有效，在超寬頻帶內(nèi)，目標就會原形畢露。UWB雷達還具有很強的穿透能力，UWB信號能穿透樹葉、土地、混凝土、水體等介質(zhì)，因此軍事上UWB雷達可用來探測地雷，民用上可以查找地下金屬管道、探測高速公路地基等。
在定位方面，UWB可以提供很高的定位精度。UWB使用極微弱的同步脈沖可以辨別出隱藏的物體或墻體后運動著的物體，定位誤差只有一兩厘米。也就是說，同一個UWB設備可以實現(xiàn)通信、雷達和定位三大功能。

UWB的重要應用領域：
一是家庭無線通信。
雖然無線通信網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)和公共場所得到推廣和應用，但是這些現(xiàn)有技術很難為家庭多媒體網(wǎng)絡無線互連提供一個合適的方案。按照傳統(tǒng)的無線電設計方法，如果要提高通信速率，必須要提高數(shù)字信號處理器的處理速度，這勢必要增加系統(tǒng)的成本和功耗，高速率的無線產(chǎn)品往往也是高成本、大功耗的。然而，家庭無線通信網(wǎng)有一些特殊的要求。首先，為了滿足無線數(shù)字視頻的要求，家庭無線互連產(chǎn)品需要更高的通信速率，以無線高清晰數(shù)字電視（WHDTV）為例，如果采用MPFG2HD數(shù)據(jù)格式，則視頻數(shù)據(jù)流的速率高達25Mbps；其次，要想家庭無線通信產(chǎn)品走向千家萬戶，系統(tǒng)成本必須很低，市場調(diào)查表明，如果無線產(chǎn)品的價格比同類有線產(chǎn)品的價格高出30%，將很難被眾多的消費者所接受；還有，家庭無線通信產(chǎn)品中用到嵌入式網(wǎng)關和小型手持設備往往是電池供電，因此它們的功耗必須很低。也就是說，家庭無線通信產(chǎn)品必須具備高速率、低成本和低功耗三個優(yōu)點，按照傳統(tǒng)的無線電設計方案，無法在速率、成本和功耗這三者之間找到一個合適的平衡點。

二是是家庭數(shù)字娛樂中心。
在過去幾年里，家庭電子消費產(chǎn)品層出不窮。PC、DVD 、DVR 、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、HDTV 、PDA 、數(shù)字機頂盒、MD、MP3、智能家電等等出現(xiàn)在普通家庭里，正是"舊時王榭堂前燕，飛入平常百姓家"。家庭數(shù)字娛樂中心的概念是：將來你的住宅中的PC、娛樂設備、智能家電和Internet都連接在一起，你可以在任何地方使用它們。舉例來說，你儲存的視頻數(shù)據(jù)可以在PC、DVD、TV、PDA 等設備上共享觀看，可以自由地同Internet交互信息，你可以遙控你的PC，讓它控制你的信息家電，讓它們有條不紊地工作，你也可以通過Internet聯(lián)機，用無線手柄結合音、像設備營造出逼真的虛擬游戲空間。如何把這些相互獨立的信息產(chǎn)品有機地結合起來，這是建立家庭數(shù)字娛樂中心一個關鍵技術問題。從前面對UWB的技術特點來看，UWB技術無疑是一個很好的選擇。

UWB的發(fā)展前景

如前所述，UWB 系統(tǒng)在很低的功率譜密度的情況下，已經(jīng)證實能夠在戶內(nèi)提供超過480Mbps 的可靠數(shù)據(jù)傳輸。與當前流行的短距離無線通信技術相比，UWB 具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢，最大可以提供高達1000Mbps 以上的傳輸速率。UWB技術在無線通訊方面的創(chuàng)新性、利益性已引起了全球業(yè)界的關注。與藍牙、802111b、802115 等無線通信相比， UWB 可以提供更快、更遠、更寬的傳輸速率，越來越多的研究者投入到UWB 領域，有的單純開發(fā)UWB技術，有的開發(fā)UWB應有，有的兼而有之。相信UWB技術， 不僅為低端用戶所喜愛，且在一些高端技術領域，在軍事需求和商業(yè)市場的推動下，UWB 技術將會進一步發(fā)展和成熟起來。

同先進國家相比較，我國在無線通信領域仍處于待開發(fā)狀態(tài)，通過UWB技術的研究，可以充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，研究將會更有方向性和針對性，因而有可能在該領域達到并超過世界先進水平，促進我國在UWB技術方面的全面發(fā)展，同時對我國在該研究領域擁有自主知識產(chǎn)權和相關產(chǎn)品，建立新的經(jīng)濟增長點，具有重大意義。

隨著消費電子的高速發(fā)展，數(shù)字電視、音頻和視頻接收機、DVD、卡拉OK、MP3播放器和數(shù)碼相機等娛樂設備必將進入千家萬戶�？梢韵胂螅�在不久的將來，采用UWB技術，無須架設電纜，僅僅需要小小的網(wǎng)關和收發(fā)器，就可以組建一個真正的無線家庭劇院。根據(jù)市場調(diào)查，整個美國的家庭無線網(wǎng)絡市場在2004年將達到35億美元，2006年將達到49億美元，而中國和亞洲的市場潛力更大。市場分析表明，除了無線局域網(wǎng)和藍牙等產(chǎn)品已經(jīng)占領和即將占鄰的部分市場外，還有很大一部分的家庭無線通信市場尚未開發(fā)，這意味著UWB將會在家庭無線通信領域大有作為。目前，眾多的OEM生產(chǎn)商正盼著UWB通信標準和相關產(chǎn)品早日成熟并投入實用。