UWB

UWB也可稱為脈沖無線電，可追溯至19世紀(jì)。至今UWB還在爭論之中。UWB調(diào)制采用脈沖寬度在ns級的快速上升和下降脈沖，脈沖覆蓋的頻譜從直流至GHz，不需常規(guī)窄帶調(diào)制所需的RF頻率變換，脈沖成型后可直接送至天線發(fā)射。脈沖峰峰時(shí)間間隔在10 - 100 ps級。頻譜形狀可通過甚窄持續(xù)單脈沖形狀和天線負(fù)載特征來調(diào)整。UWB信號在時(shí)間軸上是稀疏分布的，其功率譜密度相當(dāng)?shù)�，RF可同時(shí)發(fā)射多個(gè)UWB信號。UWB信號類似于基帶信號，可采用OOK，對映脈沖鍵控，脈沖振幅調(diào)制或脈位調(diào)制。UWB不同于把基帶信號變換為無線射頻 (RF) 的常規(guī)無線系統(tǒng)，可視為在RF上基帶傳播方案，在建筑物內(nèi)能以極低頻譜密度達(dá)到100 Mb/s數(shù)據(jù)速率。
　　為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)速率，UWB應(yīng)用超短基帶豐富的GHz級頻譜，采用安全信令方法 (Intriguing Signaling Method)。基于UWB的寬廣頻譜，F(xiàn)CC在2002年宣布UWB可用于精確測距，金屬探測，新一代WLAN和無線通信。為保護(hù)GPS，導(dǎo)航和軍事通信頻段，UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB發(fā)射功率。
UWB(Ultra Wideband)無線通信是一種不用載波，而采用時(shí)間間隔極短(小于1ns)的脈沖進(jìn)行通信的方式，也稱做脈沖無線電( Impulse Radio)、時(shí)域(Time Domain)或無載波(Carrier Free)通信。與普通二進(jìn)制移相鍵控(BPSK)信號波形相比，UWB方式不利用余弦波進(jìn)行載波調(diào)制而發(fā)送許多小于1ns的脈沖，因此這種通信方式占用帶寬非常之寬，且由于頻譜的功率密度極小，它具有通常擴(kuò)頻通信的特點(diǎn)。

UWB（UltraWideband）是一種無載波通信技術(shù)，利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit／s至數(shù)Gbit／s的數(shù)據(jù)傳輸速率。UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無繩電話、安全檢測、位置測定、雷達(dá)等領(lǐng)域。
UWB技術(shù)最初是被作為軍用雷達(dá)技術(shù)開發(fā)的，早期主要用于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。2002年2月，美國FCC批準(zhǔn)了UWB技術(shù)用于民用，UWB的發(fā)展步伐開始逐步加快。
抗干擾性能強(qiáng)，傳輸速率高，系統(tǒng)容量大
與藍(lán)牙和WLAN等帶寬相對較窄的傳統(tǒng)無線系統(tǒng)不同，UWB能在寬頻上發(fā)送一系列非常窄的低功率脈沖。較寬的頻譜、較低的功率、脈沖化數(shù)據(jù)，意味著UWB引起的干擾小于傳統(tǒng)的窄帶無線解決方案，并能夠在室內(nèi)無線環(huán)境中提供與有線相媲美的性能。UWB具有以下特點(diǎn)：
抗干擾性能強(qiáng)。UWB采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。接收時(shí)將信號能量還原出來，在解擴(kuò)過程中產(chǎn)生擴(kuò)頻增益。因此，與IEEE802．11a、IEEE802．11b和藍(lán)牙相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強(qiáng)的抗干擾性。傳輸速率高。UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit／s到幾百M(fèi)bit／s，有望高于藍(lán)牙100倍，也可以高于IEEE802．11a和IEEE802．11b。
帶寬極寬。UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達(dá)幾個(gè)GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時(shí)工作而互不干擾。這在頻率資源日益緊張的今天，開辟了一種新的時(shí)域無線電資源。
消耗電能小。通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時(shí)需要連續(xù)發(fā)射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去，并且在需要時(shí)才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能小。
保密性好。UWB保密性表現(xiàn)在兩方面。一方面是采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)才能解出發(fā)射數(shù)據(jù)；另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收。
發(fā)送功率非常小。UWB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小，通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長系統(tǒng)電源工作時(shí)間。而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對人體的影響也會很小，應(yīng)用面就廣。
在軍用和民用領(lǐng)域均有廣闊應(yīng)用空間
由于UWB具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢，同時(shí)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(gè)方面。
在軍用方面，主要應(yīng)用于UWB雷達(dá)、UWBLPI／D無線內(nèi)通系統(tǒng)（預(yù)警機(jī)、艦船等）、戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的PLI／D電臺、警戒雷達(dá)、UAV／UGV數(shù)據(jù)鏈、探測地雷、檢測地下埋藏的軍事目標(biāo)或以葉簇偽裝的物體。民用方主要包括以下3個(gè)方面：地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器；汽車防沖撞傳感器等；家電設(shè)備及便攜設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信等。
特別是，UWB在家庭數(shù)字娛樂領(lǐng)域大有用武之地。在過去幾年里，家庭電子消費(fèi)產(chǎn)品層出不窮。PC、DVD、DVR、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、HDTV、PDA、數(shù)字機(jī)頂盒、MD、MP3、智能家電等等出現(xiàn)在普通家庭里。如何把這些相互獨(dú)立的信息產(chǎn)品有機(jī)地結(jié)合起來，這是建立家庭數(shù)字娛樂中心一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。未來“家庭數(shù)字娛樂中心”的概念是：將來住宅中的PC、娛樂設(shè)備、智能家電和Internet都連接在一起，人們可以在任何地方更加輕松地使用它們。舉例來說，家庭用戶儲存的視頻數(shù)據(jù)可以在PC、DVD、TV、PDA等設(shè)備上共享觀看，可以自由地同Internet交互信息；可以遙控PC，讓它控制你的信息家電；也可以通過Internet聯(lián)機(jī)，用無線手柄結(jié)合音、像設(shè)備營造出逼真的虛擬游戲空間。在這方面，應(yīng)用UWB技術(shù)無疑是一個(gè)很好的選擇。
目前UWB標(biāo)準(zhǔn)化的工作還沒有完成，一些技術(shù)問題需要不斷完善，但它將可能成為新一代WLAN和WPAN的技術(shù)基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)超高速寬帶無線接入。專家指出，在軍事需求和商業(yè)市場的推動下，UWB技術(shù)將會進(jìn)一步發(fā)展和成熟起來。

與其它短距離無線技術(shù)的比較
　　從UWB的技術(shù)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(shù)與UWB作一對比，從中更能顯示出UWB的杰出的優(yōu)點(diǎn)。常見的短距離無線技術(shù)由IEEE802.11a、藍(lán)牙、HomeRF。
　　(1)IEEE802.11a與UWB
　　IEEE802.11a是由IEEE制定的無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一，物理層速率在54Mbps，傳輸層速率在25Mbps，它的通信距離可能達(dá)到100M，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(dá)到上千兆，是IEEE802.11a的幾十倍；超過這個(gè)距離范圍(即大于10M)，由于UWB發(fā)射功率受限，UWB就性能就差很多(目前從演示的產(chǎn)品來看，UWB的有效距離已擴(kuò)展到20M左右)。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(dāng)大。
　　(2)藍(lán)牙(Bluetooth)與UWB
　　藍(lán)牙技術(shù)是愛立信、IBM等5家公司在1998年聯(lián)合推出的一項(xiàng)無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。隨后成立的藍(lán)牙技術(shù)特殊興趣組織(SIG)來負(fù)責(zé)該技術(shù)的開發(fā)和技術(shù)協(xié)議的制定，如今全世界已有1800多家公司加盟該組織。藍(lán)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(shù)，速率為1Mbps。從技術(shù)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(lán)牙速度的幾百倍。從目前的情況來看，藍(lán)牙唯一比UWB優(yōu)越的地方就是藍(lán)牙的技術(shù)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(shí)，把UWB看成是藍(lán)芽的殺手，不是沒有道理的。
　　(3)HomeRF與UWB
　　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(luò)技術(shù)，借用了802. 11 規(guī)范中支持TCP/ IP傳輸?shù)膮f(xié)議；而其語音傳輸性能則來自DECT(無繩電話) 標(biāo)準(zhǔn)。HomeRF 定義的工作頻段為2. 4GHz ，這是不需許可證的公用無線頻段。HomeRF 使用了跳頻空中接口，每秒跳頻50 次，即每秒鐘信道改換50 次。收發(fā)信機(jī)最大功率為100mW ，有效范圍約50m，其速率為 1Mbps至2Mbps。寫UWB相比，各有優(yōu)勢：HomeRF的傳輸距離遠(yuǎn)，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。
　　總而言之，這些流行的短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)各有千秋，這些技術(shù)之間存在著相互競爭， 但在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)它們又相互補(bǔ)充。單純地說"UWB或取代某種技術(shù)"這是一種不負(fù)責(zé)任的說法，就好像飛機(jī)又快又穩(wěn)，也沒有取代自行車一樣，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。下面通過圖表的形式把四者的區(qū)別羅列如下：
UWB
藍(lán)芽
802.11a
HomeRF
速率（bps）
最高達(dá)1G
＜1M
54M
1~2M
距離（米）
＜10
10
10~100
50
功率
1毫瓦以下
1~100毫瓦
1瓦以上
1瓦以下
應(yīng)用范圍
探距離多媒體
家庭或辦公室
電腦和Internet網(wǎng)關(guān)
電腦、電話及移動設(shè)備

UWB應(yīng)用概述
　　UWB 技術(shù)多年來一直是美國軍方使用的作戰(zhàn)技術(shù)之一，但由于UWB 具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢， 同時(shí)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。此外，通過降低數(shù)據(jù)率提高應(yīng)用范圍，具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低，能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)；UWB 也適用于短距離數(shù)字化的音視頻無線鏈接、短距離寬帶高速無線接入等相關(guān)民用領(lǐng)域�？偟恼f來，UWB的用途很多，主要分為軍用和民用兩個(gè)方面。
　　在軍用方面主要用于如下領(lǐng)域如UWB 雷達(dá)、UWB L PI/ D 無線內(nèi)通系統(tǒng)(預(yù)警機(jī)、艦船等) 、戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的PL I/ D 電臺、警戒雷達(dá)、UAV/U GV 數(shù)據(jù)鏈、探測地雷、檢測地下埋藏的軍事目標(biāo)或以葉簇偽裝的物體；在民用方面，自從2002 年2 月14 日FCC 批準(zhǔn)將UWB 用于民用產(chǎn)品以來， UWB的民用主要包括以下3 個(gè)方面：地質(zhì)勘探及可穿透障礙物的傳感器(imaging system) ；汽車防沖撞傳感器等(vehicle radar system) ；家電設(shè)備及便攜設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)通信( communication and measurements　system) 。下面對兩個(gè)重要應(yīng)用展開論述。
　　UWB 技術(shù)一個(gè)介于雷達(dá)和通信之間的重要應(yīng)用是精確地理定位，例如使用UWB 技術(shù)的能夠提供三維地理定位信息的設(shè)備。該系統(tǒng)由無線UWB 塔標(biāo)和無線UWB 移動漫游器組成。其基本原理是通過無線UWB 漫游器和無線UWB 塔標(biāo)間的包突發(fā)傳送而完成航程時(shí)間測量，再經(jīng)往返(或循環(huán)) 時(shí)間的測量值的對比和分析，得到目標(biāo)的精確定位。此系統(tǒng)使用的是2.5 ns 寬的UWB 脈沖信號，其峰值功率為4W，工作頻帶范圍為1. 3～1. 7 GHz ，相對帶寬為27 % ，符合FCC 對UWB 信號的定義。如果使用小型全向垂直極化天線或小型圓極化天線，其視距通信范圍可超過2 km。在建筑物內(nèi)部，由于墻壁和障礙物對信號的衰減作用，系統(tǒng)通信距離被限制在約100 m 以內(nèi)。UWB 地理定位系統(tǒng)最初的開發(fā)和應(yīng)用是在軍事領(lǐng)域，其目的是戰(zhàn)士在城市環(huán)境條件下能夠以0. 3 m的分辨率來測定自身所在的位置。目前其主要商業(yè)用途之一為路旁信息服務(wù)系統(tǒng)。它能夠提供突發(fā)且高達(dá)100Mbps 的信息服務(wù)，其信息內(nèi)容包括路況信息、建筑物信息、天氣預(yù)報(bào)和行駛建議，還可以用作緊急援助事件的通信。
　　UWB第二個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是家庭數(shù)字娛樂中心。在過去幾年里，家庭電子消費(fèi)產(chǎn)品層出不窮。PC、DVD 、DVR 、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、HDTV 、PDA 、數(shù)字機(jī)頂盒、MD、MP3、智能家電等等出現(xiàn)在普通家庭里，正是"舊時(shí)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(shè)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(shè)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(jī)，用無線手柄結(jié)合音、像設(shè)備營造出逼真的虛擬游戲空間。如何把這些相互獨(dú)立的信息產(chǎn)品有機(jī)地結(jié)合起來，這是建立家庭數(shù)字娛樂中心一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。從前面對UWB的技術(shù)特點(diǎn)來看，UWB技術(shù)無疑是一個(gè)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(shí)能夠在戶內(nèi)提供超過480Mbps 的可靠數(shù)據(jù)傳輸。與當(dāng)前流行的短距離無線通信技術(shù)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(dá)1000Mbps 以上的傳輸速率。UWB技術(shù)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(guān)注。與藍(lán)牙、802111b、802115 等無線通信相比， UWB 可以提供更快、更遠(yuǎn)、更寬的傳輸速率，越來越多的研究者投入到UWB 領(lǐng)域，有的單純開發(fā)UWB技術(shù)，有的開發(fā)UWB應(yīng)有，有的兼而有之。相信UWB技術(shù)， 不僅為低端用戶所喜愛，且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，在軍事需求和商業(yè)市場的推動下，UWB 技術(shù)將會進(jìn)一步發(fā)展和成熟起來。據(jù)聯(lián)合商業(yè)情報(bào)公司在《關(guān)于UWB 的預(yù)測和潛在市場應(yīng)用的報(bào)告》指出，2007 年全球配備UWB的電子設(shè)備和芯片的生產(chǎn)量將達(dá)到4510 萬套，當(dāng)年的收益將達(dá)到13. 9 億美元。
　　同先進(jìn)國家相比較，我國在無線通信領(lǐng)域仍處于待開發(fā)狀態(tài)，通過UWB技術(shù)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(lǐng)域達(dá)到并超過世界先進(jìn)水平，促進(jìn)我國在UWB技術(shù)方面的全面發(fā)展，同時(shí)對我國在該研究領(lǐng)域擁有自主知識產(chǎn)權(quán)和相關(guān)產(chǎn)品，建立新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，具有重大意義。

• 通信詞典解釋