在房間或桌面范圍等10米以下的短距離場所中，UWB（超寬帶）技術將憑借高速率、低功耗、低成本等優(yōu)勢獲得大規(guī)模應用。
UWB（Ultra-WideBand，超寬帶）已經出現(xiàn)了很長時間，關于它的市場狀況也已經討論了很久。 目前，國際上對UWB技術的研究仍然如火如荼地進行。那么，UWB究竟應該在哪些方面發(fā)揮自己的優(yōu)勢呢？如果說Wi-Fi的應用目標是10米～100米通信的話， UWB技術基本上是與之互補的關系。可以預見，UWB技術將憑借高速率、低功耗、低成本等優(yōu)勢在短距離消費電子領域、通信領域獲得大規(guī)模應用。
數字家庭排頭兵
近年來，UWB技術開始用于民用高速、近距離無線通信領域，并取得了較快發(fā)展。UWB技術的應用場景主要包括家庭、辦公室、個人消費電子產品。
在“數字化家庭”或“數字家庭網絡”的概念日益普及的今天，關注這一概念的消費電子廠商試圖用無線網絡將消費者家居中的電器連接起來，使各種大帶寬的Video信息可以在這些電器之間傳遞和交換，為業(yè)務的快速發(fā)展帶來了新的機遇。
在過去幾年里，家庭電子消費產品層出不窮。PC、DVD、DVR、數碼相機、數碼攝像機、HDTV、PDA、數字機頂盒、MD、MP3、智能家電等大量出現(xiàn)在普通家庭里。如何把這些相互獨立的信息產品有機地結合起來，這是建立家庭數字娛樂中心一個關鍵技術問題。UWB在家庭數字娛樂領域大有用武之地。
未來“家庭數字娛樂中心”的概念是：住宅中的PC、娛樂設備、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，家庭用戶存儲的視頻數據可以在PC、DVD、TV、PDA等設備上共享觀看，可以自由地同Internet交互信息；用戶可以遠程遙控PC，讓它控制信息家電;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。在這些應用領域，UWB技術無疑是一個很好的選擇。
UWB在數字化辦公室的應用表現(xiàn)為用無線方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線連接，使辦公環(huán)境更加方便靈活。早期的藍牙技術已經使某些設備的無線互聯(lián)成為可能。但由于傳輸速率過低（1Mbit/s以下），只能用于某些計算機外設（如鼠標、鍵盤、耳機等）與主機的連接。而UWB技術的高傳輸帶寬可以實現(xiàn)主機和顯示屏、攝像頭、會議設備、終端設備及投影儀之間的無線互連。同樣，UWB技術在個人便攜設備上也將會有大規(guī)模應用。
由于UWB技術已經可以提供相當于計算機總線的傳輸速率，這樣個人終端就可以從互聯(lián)網或局域網上即時下載大量的數據，從而將大部分數據存放在網絡服務器的存儲空間中，而不是保存在個人終端中。攜帶具有UWB功能的小巧終端，在任何地點都可以接入當地的UWB網絡，利用當地的設備（如大屏幕電視、電腦、攝像頭、打印機等）隨時構成一臺屬于自己的多媒體計算機。取代現(xiàn)有USB接口和1394接口的線纜連接，實現(xiàn)無線UWB和無線1394將成為UWB技術最有前途的應用。無線USB聯(lián)盟已經宣布，物理層使用MB-OFDM（MultiBand-OFDM）方案，這對于UWB的應用將是較好的推動。
在軍用方面，UWB技術主要應用于UWB雷達、UWBLPI／D無線內通系統(tǒng)（預警機、艦船等）、戰(zhàn)術手持和網絡的PLI／D電臺、警戒雷達、UAV／UGV數據鏈、探測地雷、檢測地下埋藏的軍事目標或以葉簇偽裝的物體。
技術特點剖析
由于UWB技術具有傳輸速率高（1Gbit/s）、抗多徑能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率、與現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)共享頻譜等特點，已經成為無線個人域網（WPAN）的首選技術。
● 傳輸速率高
UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數據傳輸，并且它不單獨占用現(xiàn)在已經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據傳輸。UWB的數據速率可以達到幾十Mbit／s、幾百Mbit／s，甚至1Gbit/s，高于藍牙100倍，高于IEEE802.11a和IEEE802.11b。
● 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量和數據傳輸速率。而超寬帶無線電發(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 dB ～ 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。
● 抗干擾性能強
UWB采用跳時擴頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益。它在發(fā)射時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備產生的噪聲。接收時將信號能量還原出來，在解擴過程中產生擴頻增益。因此，UWB與IEEE802.11a、IEEE802.11b和藍牙相比，在同等碼速條件下，具有更強的抗干擾性。
● 系統(tǒng)結構比較簡單
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據信號。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，從而不需要功率放大器與混頻器，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。
● 帶寬高
UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達幾個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)同時工作。這在頻率資源日益緊張的今天，開辟了一種新的時域無線電資源。
● 功耗低
UWB 系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數據，脈沖持續(xù)時間很短，一般在0.20ns～1.5ns 之間。UWB有很低的占空因數，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百微瓦～幾十毫瓦。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。
通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時需要連續(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，并且在需要時才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能小。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時間，而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對人體的影響也會很小，應用面就廣。
● 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； 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。
● 保密性好
UWB的保密性表現(xiàn)在兩方面:一方面是它采用跳時擴頻，接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數據;另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機無法接收。
● 工程簡單造價便宜
在工程實現(xiàn)上，UWB比其他無線技術要簡單得多，可全數字化實現(xiàn)。它只需要以一種數學方式產生脈沖，并對脈沖產生調制，而這些電路都可以被集成到一個芯片上，設備的成本很低。
標準化進展情況
目前UWB標準化的工作還沒有完成，一些技術問題需要不斷完善，但它將可能成為新一代WLAN(無線局域網)和WPAN（無線個域網）的技術基礎，從而實現(xiàn)超高速寬帶無線接入。
在UWB物理層兩種技術方案中，DS-UWB（直接序列超寬帶）產業(yè)發(fā)展相對領先，目前已有多款商用芯片問世，產業(yè)發(fā)展進入模塊階段（IEEE 1394和PCI應用模塊，無線USB應用模塊）。2004年8月獲得了FCC的批準，嵌入DS-UWB的電子產品可以在美國市場銷售。
IEEE 802.15.3a高速UWB的上層協(xié)議由WiMedia Alliance負責。2005年3月，WiMedia聯(lián)盟與MB-OFDM聯(lián)盟合并，顯著提高了開發(fā)超寬帶標準和互操作性的效率，但這并沒有改變最終結果。經過四年爭論之后，IEEE負責802.15.3aUWB標準的任務小組經全體投票一致通過決定解散，消費者將自己選擇他們認為最方便、最實用的技術。與此同時，WiMedia聯(lián)盟建議歐洲的行業(yè)協(xié)會和標準化組織Ecma International的成員采用其MB-OFDM標準作為消費產品中使用的UWB全球標準，并將標準提交ISO/IEC JTC1快速通過。
盡管標準爭奪激烈，但國際電信聯(lián)盟第一研究組(ITU Study Group 1) 在2006年2月22日給予了UWB全球性監(jiān)管標準(Global Regulatory Standard)的地位。該標準包括對共享頻帶能量裕度損失的計算方法、對于發(fā)射頻譜和帶寬的新定義、對于自由空間多余發(fā)射的限制、測量射頻噪聲的頻率獨立方法、UWB傳送測量、UWB的關鍵特性、UWB器件對其他RF系統(tǒng)的影響，以及UWB系統(tǒng)的框架等內容。
業(yè)界認為，該標準的最富價值且最重要的部分，是長達800頁對UWB基于現(xiàn)有RF(射頻)系統(tǒng)影響的描述。它給出了關于UWB監(jiān)測方法的精確定義，以及為實現(xiàn)實用系統(tǒng)提供了指導方法。據國外媒體報道，歐盟射頻頻譜委員會已經批準了歐洲的 UWB規(guī)劃，為2007年年初在歐洲采用這一技術鋪平了道路。
短距離無線通信標準各有千秋
UWB與目前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它們又相互補充，各有各的應用領域，其性能比較見表1。　

UWB 系統(tǒng)在很低的功率譜密度的情況下，已經證實能夠在戶內提供超過480M bit/s 的可靠數據傳輸。與當前流行的短距離無線通信技術相比，UWB 具有巨大的數據傳輸速率優(yōu)勢，最大可以提供高達1000M bit/s以上的傳輸速率。
市場發(fā)展情況
UWB的技術和市場都在飛速發(fā)展，2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準了UWB技術用于民用；日本于2006年8月開放了超寬帶頻段；在2005年美國拉斯維加斯消費電子展上，韓國的三星電子、日本的夏普、索尼等都推出了自己的UWB產品。
從2005年開始，我國在蘇州高新區(qū)的飛思卡爾蘇州技術中心就已經在流水線上批量生產支持UWB技術的XS110芯片組了。中國通信標準化協(xié)會（CCSA）不久前在國內率先完成“UWB 與TD-SCDMA 干擾保護研究”的研究報告。今后還將陸續(xù)發(fā)布“UWB 與IMT-2000 FDD”、“UWB 與GSM”、“UWB 與IMT-Advanced”研究報告。
2006年，已經有多家公司可以提供UWB芯片，例如Alereon、Artimi、Staccato、Wisair、Intel、英飛凌等均有各自的UWB芯片解決方案，包括基帶芯片、MAC芯片、RF收發(fā)芯片或集成基帶、MAC和RF的芯片。同時，很多芯片公司均宣布在2007年推出符合WiMedia認證的UWB芯片，并將UWB應用拓展到消費電子類產品中。在筆記本電腦芯片市場占有絕對領導地位的Intel公司，致力于將UWB的主要應用無線——USB2.0作為筆記本電腦的標準配置接口。
據In-Stat預測，從2006開始到2008年，UWB設備將以每年400%的增長率增長。美國UnstrungInsider公司也預測，2007年全球基于UWB的電子產品和芯片組的出貨量將達到4500萬個，而這一市場可能會增長到6.3億美元。
我國同先進國家相比較，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。開發(fā)UWB研究對我國在該研究領域擁有自主知識產權和相關產品、建立新的經濟增長點，具有重大意義。
鏈接
超寬帶（Ultra Wideband，UWB）技術始于20世紀60年代興起的脈沖通信技術，利用頻譜極寬的超短脈沖進行通信，又稱為基帶通信、無載波通信，主要用于軍用雷達、定位和通信系統(tǒng)中。該技術是一種新穎的無線通信方式，成為短距離無線高速數據傳輸的一種解決方案。國際電信聯(lián)盟第一研究組(ITU Study Group 1)宣布，UWB成為“全球性監(jiān)管標準”，這意味著開發(fā)USB應用將成為全球業(yè)界競相追逐新的技術熱點，目前已經引起了人們極大的關注和興趣。