張思瑤

摘要：UWB（UltraWideband），即超寬帶。一種起源于19世紀(jì)的無(wú)線短距離通信技術(shù)。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、保密性好、對(duì)人體輻射小等優(yōu)點(diǎn)，在無(wú)線個(gè)域網(wǎng)領(lǐng)域中已成為最富有競(jìng)爭(zhēng)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(duì)未來(lái)的發(fā)展作出預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：超寬帶；無(wú)線通信；實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)；應(yīng)用與發(fā)展

1UWB技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1什么是UWB

UWB（Ultra Wideband）是一種無(wú)載波通信技術(shù)，采用納秒到微微秒級(jí)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(hào)，UWB可以在10米左右范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bps到數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)傳輸率。

1.2UWB的特點(diǎn)

（1）不用載波，而采用時(shí)間間隔極短（小于1ns）的脈沖波進(jìn)行通信。

（2）能利用納秒到微微秒級(jí)的非正弦波窄帶脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)較寬的頻譜來(lái)傳送極低功率的信號(hào)，UWB可以在10米左右范圍內(nèi)達(dá)到數(shù)百M(fèi)bit/s到數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

（3）抗干擾性能比較強(qiáng)，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(shí)現(xiàn)通信。同時(shí)，低發(fā)射功率能延長(zhǎng)系統(tǒng)電源的工作時(shí)間。并且，發(fā)射功率小，意味著其電磁波輻射對(duì)人體造成的影響也會(huì)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(dá)到了480Mbps，與同類(lèi)技術(shù)相比，是藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的159倍，是WiFi標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)、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(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單UWB發(fā)射器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)如圖1所示。

3國(guó)內(nèi)外UWB技術(shù)研究歷程

3.1國(guó)外UWB技術(shù)的研究

美國(guó)Intel公司在2002年2月28日舉辦了“Intel Developer Forum（IDF）Spring 2002”開(kāi)發(fā)商會(huì)議，公開(kāi)演示了UWB（超寬帶技術(shù)）——下一代無(wú)線通信技術(shù)。它主要有以下3大特點(diǎn)：（1）高達(dá)數(shù)百M(fèi)bps的高速率通信。（2）耗電量不到現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)的百分之一。（3）相對(duì)于現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)成本低。

Intel總裁保羅·奧特里尼已宣布：“將會(huì)在Banias中集成無(wú)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(kāi)始供應(yīng)。

歐盟以及日本也很重視UWB，紛紛開(kāi)展了研究計(jì)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)目尚行浴TMicro、Thales集團(tuán)和Motorola等多家公司團(tuán)體成立了UCAN組織，利用UWB實(shí)現(xiàn)PWAN的技術(shù)，其中包括MAC層、實(shí)體層、路由以及硬件技術(shù)等。瑞士的IBM研究公司和英國(guó)的Philips等四十多家研究團(tuán)體組成了PULSERS組織，主要研究UWB的位置測(cè)量技術(shù)以及近距離無(wú)線界面技術(shù)。

3.2國(guó)內(nèi)對(duì)UWB技術(shù)的研究

中國(guó)早在2001年9月初就在“十五”國(guó)家863計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中將“UWB無(wú)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(wú)線通信的研究?jī)?nèi)容，以此鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)注這方面的研究。當(dāng)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(shí)現(xiàn)3D高精度定位，是當(dāng)今無(wú)線電實(shí)時(shí)定位領(lǐng)域最先進(jìn)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(gè)介于雷達(dá)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(wú)線塔標(biāo)和移動(dòng)漫游器組成的。它的基本原理是，通過(guò)漫游器和塔標(biāo)間的包突發(fā)傳送實(shí)現(xiàn)航程時(shí)間的測(cè)量，再經(jīng)過(guò)往返時(shí)間測(cè)量值的對(duì)比，再分析便能得到目標(biāo)的精確定位。UWB地理定位系統(tǒng)一開(kāi)始主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，它可以實(shí)現(xiàn)士兵在城市環(huán)境下能以高分辨率測(cè)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(wú)線接入和數(shù)字化音視頻的無(wú)線連接等相關(guān)民用領(lǐng)域。家庭數(shù)字娛樂(lè)中心是超寬帶技術(shù)的一個(gè)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(huì)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(lái)的發(fā)展

5.1Blutooth+UWB

UWB自身的一些缺點(diǎn)使得它無(wú)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(qiáng)的匹配能力及功率適配等問(wèn)題，UWB極不適用便攜式設(shè)備，因而面臨著淪為小市場(chǎng)技術(shù)而落后的危險(xiǎn)。與此相同時(shí)，藍(lán)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(bǔ)藍(lán)牙的缺點(diǎn)，可以將UWB引入便攜式設(shè)備的大市場(chǎng)。

5.2RFID+UWB

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

5.3UWB衛(wèi)星技術(shù)

未來(lái)可能會(huì)面臨地面終端數(shù)量多，多個(gè)終端同時(shí)接入信道造成擁堵的問(wèn)題，同時(shí)會(huì)造成頻譜重疊現(xiàn)象。所以我們可以讓地面終端實(shí)現(xiàn)信道動(dòng)態(tài)接入，同時(shí)使用衛(wèi)星通信技術(shù)和超寬帶技術(shù)實(shí)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(wèn)題還未能得到充分的研究，距離工程化應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。