多年來，超寬帶UWB（Ultra-Wide Bandwidth）短距離無線通信引起了全球通信技術領域極大的重視，它是一種全新的、與傳統無線通信技術有著極大差異的通信新技術，它解決了困擾傳統無線技術多年的有關傳播方面的重大難題，開發了一個具有千兆赫茲容量的新無線信道。它還具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、被截獲與檢測的概率低、定位精度高等優點。該技術適用于高速、近距離的無線個人通信，尤其適用于室內等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信應用中。超寬帶技術優越的特性，越來越受到人們的普遍重視和研究。

一、超寬帶UWB的概念

超寬帶是一種技術的設備，所謂超寬帶技術（UWT，Ultra Wideband Technology），即用于短距離無線電通信的技術，其中涉及在極大頻率范圍內分布的射頻能量的有用生成和發射，此頻率范圍可能與分配給無線電通信業務的若干頻帶相重疊。UWB是一種無載波通信技術，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。

在1989年美國國防部首次使用了“超寬帶”（UWB）這一術語，其概念是指產生、傳輸、接收一段持續時間非常短（納秒或納秒級以下）的爆發式射頻能量脈沖。通過傅里葉變換理論知道，這樣的時域脈沖在頻域中有很寬的帶寬。

二、超寬帶UWB的歷史

超寬帶數據傳輸技術，大約出現于20世紀60年代，那時的名稱有脈沖無線電(Impulse Radio, IR)、基帶(Baseband)傳輸、無載波(Carrier Free)技術等。當時研究主要是受時域脈沖響應控制的微波網絡的瞬態行為。在20世紀70年代獲得了重要的發展，其中多數集中在雷達系統應用中。美國國防部在1989年首先使用了“超寬帶”（UWB）這一術語。

UWB技術一直是美國軍方使用的作戰技術之一，直到2002年4月22日，美國聯邦通信委員會FCC批準了民用的超寬帶無線技術，并且給出了超寬帶信號的定義。定義相對帶寬大于20%~25%，或絕對帶寬大于500MHz的信號為超寬帶。根據UWB系統的具體應用，分為成像系統、車載雷達系統、通信與測量系統三大類。

后來，新技術和系統方案不斷涌現，出現了基于載波的多帶脈沖無線電超寬帶（IR-UWB）系統、基于直擴碼分多址（DS-CDMA）的UWB系統、基于多帶正交頻分復用（OFDM）的UWB系統等。

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三、超寬帶UWB的技術

如果用f_H、f_L表示能量功率譜密度的上、下限頻率(FCC規定為功率譜密度衰減為-l0dB的輻射點所對應的高低端頻點）。絕對帶寬指f_H ~ f_L，也稱能量帶寬；相對帶寬，也稱分數帶寬(Fractional Bandwidth)，定義為

（f_H - f_L）/（f_H + f_L）/ 2

其中（f_H + f_L）/ 2為中心頻率。

按照FCC Part15的規定，在無需授權機制下，從3.1GHz~l0.6GHz之間7. 5GHz的帶寬頻率為UWB所使用的頻率范圍。

UWB與其他技術（如GPRS、移動蜂窩系統、WLAN等）的產品存在同頻和鄰頻干擾問題，如圖1所示。為避免對現存通信系統潛在的可能干擾，FCC對其輻射功率作出了嚴格的限制，將其等效各向同性輻射功率(EIRP)限制在-41.3dBm/MHz以下，相當于帶寬為1MHz的輻射體在3m距離處產生的場強不得超過500μV/m，功率譜密度小于75 NW/MHz。圖2所示的是FCC制定的UWB設備室內和室外輻射功率的限制指標，圖中包含了對帶外輻射的限制。

圖1：鄰頻干擾                                                    圖2：FCC制定的UWB設備的輻射掩蔽

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四、UWB技術與傳統無線技術的區別

超寬帶和其它的“窄帶”或者是“寬帶”重要有兩方面的區別：

1、超寬帶的帶寬：按照美國聯邦通信委員會（FCC）的定義信號帶寬大于1.5GHz，或信號帶寬與中心頻率之比大于25%為超寬帶；信號帶寬與中心頻率之比在1%~25%之間為寬帶，小于1%為窄帶，可見UWB的帶寬明顯大于目前所有通信技術的帶寬。

2、超寬帶的無載波傳輸方式：傳統的“窄帶”和“寬帶”都是采用無線電頻率（RF）載波來傳送信號，載波的頻率和功率在一定范圍內變化，從而利用載波的狀態變化來傳輸信息。相反的，超寬帶以基帶傳輸。實現方式是發送脈沖無線電（IR）信號傳送聲音和圖像數據，每秒可發送多至10億個代表0和1的脈沖信號。這些脈沖信號的時域極窄（0.1至1.5納秒），頻域極寬（數Hz到數GHz，可超過10GHz），其中的低頻部分可以實現穿墻通信。UWB脈沖信號的發射功率都十分低，僅僅相當于一些背景噪音，不會對其他窄帶信號產生任何干擾。由于UWB系統發射功率譜密度非常低，因而被截獲概率很小，被檢測概率也很低，與窄帶系統相比，有較好的電磁兼容和頻譜利用率。

3、超寬帶的耗能：傳統的無線通信在通信時需要連續發出載波，要消耗不少電能。而UWB是發出脈沖電波----直接按照0或1發送出去。由于只在需要時發送脈沖電波，因而大大減少了耗電量（僅為傳統無線技術的1/100）。

4、超寬帶的無載波技術：UWB不使用載波，而是使用短的能量脈沖序列，并通過正交頻分調制或直接排序將脈沖擴展到一個頻率范圍內。這兩種技術是目前TG3a（IEEE 802.15.3a Task Group，IEEE 802.15.3a任務組）所討論的兩個競爭提議的基礎。UWB使用的電波帶寬為數GHz，與帶寬20MHz左右的無線LAN相比，UWB利用的帶寬高出數百倍。與普通二進制移相鍵控(BPSK)信號波形相比，UWB方式占用帶寬非常寬，且由于頻譜的功率密度極小，它具有通常擴頻通信的特點。不要說BPSK等信號，即使與通常的擴頻信號(2.4GHz頻段無線LAN的幾十MHz帶寬)相比，也是超寬帶寬(數GHz帶寬)。功率譜密度比之擴頻信號(2.4GHz無線LAN低于10mW/MHz)，UWB信號也低得多(低于10nW/MHz)。在與其它系統共存時，不僅難產生干擾，而且還有抗其它系統干擾的優點。而且由于脈沖的時間寬度極小，能把多路徑分得更小，能實現RAKE接收(匯集接收許多方向的電波)。通信速度為數百M~1Gbit/秒，與高速有線LAN旗鼓相當。

五、超寬帶UWB技術的特點

UWB是一種“特立獨行”的無線通信技術，它將會為無線局域網（WLAN）和個人區域網（PAN）的接口卡和接入技術帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術。

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