什么是超寬帶(UWB)技術(shù)

一、UWB技術(shù)簡(jiǎn)介 

　　UWB技術(shù)是一種與其它技術(shù)有很大不同的無(wú)線通信技術(shù)，它將會(huì)為無(wú)線局域網(wǎng)LAN和個(gè)人域網(wǎng)PAN的接口卡和接入技術(shù)帶來(lái)低功耗、高帶寬并且相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)線通信技術(shù)。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它開發(fā)了一個(gè)具有對(duì)信道衰落不敏感;發(fā)射信號(hào)功率譜密度低，有低截獲能力，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尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線接入和軍事通信應(yīng)用中。 

　　雖然超寬帶的描述并不詳細(xì)，它確實(shí)有助于將這項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)的“窄帶”系統(tǒng)分隔開，或者是更新的主要是指文獻(xiàn)中描述的未來(lái)3G蜂窩技術(shù)的“寬帶”系統(tǒng)。關(guān)于超寬帶和其它的“窄帶”或者是“寬帶”主要有兩方面的區(qū)別。一是超寬帶的帶寬，在美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)所定義比中心頻率高25%或者是大于1.5G赫茲。很清楚，這一帶寬明顯大于目前所有通信技術(shù)的帶寬。二是，超寬帶典型的用于無(wú)載波應(yīng)用方式。傳統(tǒng)的“窄帶”和“寬帶”都是采用無(wú)線電頻率(RF)載波來(lái)傳送信號(hào)，頻率范圍從基帶到系統(tǒng)被允許使用的實(shí)際載波頻率。相反的，超寬帶的實(shí)現(xiàn)方式是能夠直接的調(diào)制一個(gè)大的激增和下降時(shí)間的“脈沖”，這樣所產(chǎn)生的波形占據(jù)了幾個(gè)GHz的帶寬。 

　　UWB無(wú)線通信技術(shù)與現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)有著本質(zhì)的區(qū)別。當(dāng)前的無(wú)線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，形象地說(shuō)，這種電波就像是一個(gè)人拿著水管澆灌草坪時(shí)，水管中的水隨著人手的上下移動(dòng)形成的連續(xù)的水流波動(dòng)。幾乎所有的無(wú)線通信包括移動(dòng)電話、無(wú)線局域網(wǎng)的通信都是這樣的:用某種調(diào)制方式將信號(hào)加載在連續(xù)的電波上。 

　　與此相比，UWB無(wú)線通信技術(shù)就像是一個(gè)人用旋轉(zhuǎn)的噴灑器來(lái)澆灌草坪一樣，它可以噴射出更多、更快的短促水流脈沖。UWB產(chǎn)品在工作時(shí)可以發(fā)送出大量的非常短、非?？斓哪芰棵}沖。這些脈沖都是經(jīng)過(guò)精確計(jì)時(shí)的，每個(gè)只有幾個(gè)毫微秒長(zhǎng)，脈沖可以覆蓋非常廣泛的區(qū)域。脈沖的發(fā)送時(shí)間是根據(jù)一種復(fù)雜的編碼而改變的，脈沖本身可以代表數(shù)字通信中的0，也可以代表1。 

　　超寬帶技術(shù)在無(wú)線通訊方面的創(chuàng)新性、利益性具有很大的潛力，在商業(yè)多媒體設(shè)備、家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò)方面極大地提高了一般消費(fèi)者和專業(yè)人員的適應(yīng)性和滿意度。所以一些有眼光的工業(yè)界人士都在全力建立超寬帶技術(shù)及其產(chǎn)品。相信這一超寬帶技術(shù)，不僅為低端用戶所喜愛(ài)，而且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，如雷達(dá)跟蹤、精確定位和無(wú)線通信方面具有廣闊的前景。 

　　從時(shí)域上講， 超寬帶系統(tǒng)有別于傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)。一般的通信系統(tǒng)是通過(guò)發(fā)送射頻載波進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，而UWB 是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(幾十n s) 直接實(shí)現(xiàn)調(diào)制， 超寬帶的傳輸把調(diào)制信息過(guò)程放在一個(gè)非常寬的頻帶上進(jìn)行， 而且以這一過(guò)程中所持續(xù)的時(shí)間， 來(lái)決定帶寬所占據(jù)的頻率范圍。由于UWB 發(fā)射功率受限， 進(jìn)而限制了其傳輸距離， 據(jù)資料表明，UWB 信號(hào)的有效傳輸距離在10m 以內(nèi)， 故而在民用方面，UWB 普遍地定位于個(gè)人局域網(wǎng)范疇。 

從頻域來(lái)看， 超寬帶有別于傳統(tǒng)的窄帶和寬帶， 它的頻帶更寬。窄帶是指相對(duì)帶寬(信號(hào)帶寬與中心頻率之比) 小于1% ， 相對(duì)帶寬在1% 到25% 之間的被稱為寬帶， 相對(duì)帶寬大于25% ， 而且中心頻率大于500MHz的被稱為超寬帶。表1表示這三個(gè)概念 

　　信號(hào)帶寬/中心頻率 
　　窄帶 ≤1% 
　　寬帶 %1≤…≤25% 
　　超寬帶（UWB） ≥25%或帶寬≥500Mbps 

二、UWB技術(shù)原理

　　UWB技術(shù)最基本的工作原理是發(fā)送和接收脈沖間隔嚴(yán)格受控的高斯單周期超短時(shí)脈沖，超短時(shí)單周期脈沖決定了信號(hào)的帶寬很寬，接收機(jī)直接用一級(jí)前端交叉相關(guān)器就把脈沖序列轉(zhuǎn)換成基帶信號(hào)，省去了傳統(tǒng)通信設(shè)備中的中頻級(jí)，極大地降低了設(shè)備復(fù)雜性。

　　UWB技術(shù)采用脈沖位置調(diào)制PPM單周期脈沖來(lái)攜帶信息和信道編碼，一般工作脈寬0.1-1.5ns (1納秒= 一億分之一秒)，重復(fù)周期在25-1000ns。圖2顯示了實(shí)用的單周期高斯脈沖的時(shí)域波形和頻域特性，圖中脈沖的中心頻率在2GHz。

　　圖2 典型高斯單周期脈沖的時(shí)域和頻域

　　實(shí)際通信中使用一長(zhǎng)串的脈沖，圖3顯示了周期性重復(fù)的單脈沖的時(shí)域和頻域特性。頻譜中出現(xiàn)了強(qiáng)烈的能量尖峰，這是由于時(shí)域中信號(hào)重復(fù)的周期性造成了頻譜的離散化。這些尖峰將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)無(wú)線電設(shè)備和信號(hào)構(gòu)成干擾，而且這種十分規(guī)則的脈沖序列也沒(méi)有攜帶什么有用信息。改變時(shí)域的周期性可以減低這種尖峰，即采用脈沖位置調(diào)制PPM。

　　圖3 單周期脈沖序列的時(shí)、頻域特性

　　比如可以用每個(gè)脈沖出現(xiàn)位置超前或落后于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)刻一個(gè)特定的時(shí)間δ來(lái)表示一個(gè)特定的信息。圖4是一個(gè)二進(jìn)制信息調(diào)制的示例。

　　圖4 PPM調(diào)制的示意圖

　　圖中調(diào)制前脈沖的平均周期和調(diào)制量δ的數(shù)值都極小。因此調(diào)制后在接收端需要用匹配濾波技術(shù)才能正確接收，即用交叉相關(guān)器在達(dá)到零相位差的時(shí)候就可以檢測(cè)到這些調(diào)制信息，哪怕信號(hào)電平低于周圍噪聲電平。由圖還可見調(diào)制后降低了頻譜的尖峰幅度，之所以仍不夠十分平滑是因?yàn)闀r(shí)間位置偏移量不夠大，也不夠雜亂。

　　為了進(jìn)一步平滑信號(hào)頻譜，可以讓重復(fù)時(shí)間的位置偏移量δ大小不一，變化隨機(jī)，同時(shí)也為了在共同的信道比如空中取得自己專用的信道，即實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的多址，可以對(duì)一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間幀內(nèi)的脈沖串按位置調(diào)制進(jìn)行編碼，特別是采用偽隨機(jī)序列編碼。接收端只有用同樣的編碼序列才能正確接收和解碼。圖4顯示了偽隨機(jī)時(shí)間調(diào)制編碼后的脈沖序列的波形和頻譜。

　　圖中頻譜已經(jīng)接近白噪聲頻譜，功率也小了許多，這就是偽隨機(jī)編碼產(chǎn)生的效果。適當(dāng)?shù)剡x擇碼組，保證組內(nèi)各個(gè)碼字相互正交或接近正交，就可以實(shí)現(xiàn)碼分多址。

　　圖5偽隨機(jī)時(shí)間調(diào)制編碼后的脈沖序列

　　UWB系統(tǒng)采用相關(guān)接收技術(shù)，關(guān)鍵部件稱為相關(guān)器（correlator）。相關(guān)器用準(zhǔn)備好的模板波形乘以接收到的射頻信號(hào)，再積分就得到一個(gè)直流輸出電壓。相乘和積分只發(fā)生在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，間歇期則沒(méi)有。處理過(guò)程一般在不到1ns的時(shí)間內(nèi)完成。相關(guān)器實(shí)質(zhì)上是改進(jìn)了的延遲探測(cè)器，模板波形匹配時(shí)，相關(guān)器的輸出結(jié)果量度了接收到的單周期脈沖和模板波形的相對(duì)時(shí)間位置差。圖6顯示了不同位置七個(gè)脈沖經(jīng)相關(guān)器后的波形走勢(shì)，750ns后的穩(wěn)定波形是輸出結(jié)果。

　　值得注意的是，雖然UWB信號(hào)幾乎不對(duì)工作于同一頻率的無(wú)線設(shè)備造成干擾。但是所有帶內(nèi)的無(wú)線電信號(hào)都是對(duì)UWB信號(hào)的干擾，UWB可以綜合運(yùn)用偽隨機(jī)編碼和隨機(jī)脈沖位置調(diào)制以及相關(guān)解調(diào)技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。

三、UWB的技術(shù)特點(diǎn)

　　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(wú)法比擬的技術(shù)特點(diǎn)：

　　(1)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單：當(dāng)前的無(wú)線通信技術(shù)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(lái)傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過(guò)發(fā)送納秒級(jí)脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵(lì)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(shí)在接收端，UWB接收機(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī)，不需要中頻處理，因此，UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。

　　(2)高速的數(shù)據(jù)傳輸：民用商品中，一般要求UWB 信號(hào)的傳輸范圍為10m以內(nèi)，再根據(jù)經(jīng)過(guò)修改的信道容量公式，其傳輸速率可達(dá)500Mbit/ s，是實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信和無(wú)線局域網(wǎng)的一種理想調(diào)制技術(shù)。UWB 以非常寬的頻率帶寬來(lái)?yè)Q取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且不單獨(dú)占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無(wú)線技術(shù)使用的頻帶。在軍事應(yīng)用中，可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測(cè)率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳

　　(3)功耗低：UWB 系統(tǒng)使用間歇的脈沖來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時(shí)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(shí)系統(tǒng)的耗電量?jī)H為幾百μW～幾十mW。民用的UWB 設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動(dòng)電話所需功率的1/ 100 左右，是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/ 20 左右。軍用的UWB 電臺(tái)耗電也很低。因此，UWB 設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對(duì)于傳統(tǒng)無(wú)線設(shè)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(shù)具有天然的安全性能。由于UWB 信號(hào)一般把信號(hào)能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，對(duì)一般通信系統(tǒng)，UWB 信號(hào)相當(dāng)于白噪聲信號(hào)，并且大多數(shù)情況下，UWB 信號(hào)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(hào)檢測(cè)出來(lái)是一件非常困難的事。采用編碼對(duì)脈沖參數(shù)進(jìn)行偽隨機(jī)化后，脈沖的檢測(cè)將更加困難。

　　(5)多徑分辨能力強(qiáng)：由于常規(guī)無(wú)線通信的射頻信號(hào)大多為連續(xù)信號(hào)或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于多徑傳播時(shí)間， 多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。由于超寬帶無(wú)線電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號(hào)在時(shí)間上是可分離的。假如多徑脈沖要在時(shí)間上發(fā)生交疊，其多徑傳輸路徑長(zhǎng)度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號(hào)在時(shí)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(hào)的能量。大量的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)常規(guī)無(wú)線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10～ 30 dB 的多徑環(huán)境， 對(duì)超寬帶無(wú)線電信號(hào)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(wú)線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無(wú)線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無(wú)線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)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(duì)地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置， 其定位精度可達(dá)厘米級(jí)， 此外，超寬帶無(wú)線電定位器更為便宜。

　　(7)工程簡(jiǎn)單造價(jià)便宜：在工程實(shí)現(xiàn)上，UWB比其它無(wú)線技術(shù)要簡(jiǎn)單得多，可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對(duì)脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個(gè)芯片上，設(shè)備的成本將很低。

　　如前所述，現(xiàn)代意義上的超寬帶UWB 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)， 又稱脈沖無(wú)線電( IR ， Impulse Radio) 技術(shù)， 出現(xiàn)于1960年代， 當(dāng)時(shí)主要研究受時(shí)域脈沖響應(yīng)控制的微波網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)動(dòng)作。通過(guò)Harmuth 、Ross 和Robbins 等先行公司的研究， UWB 技術(shù)在70 年代獲得了重要的發(fā)展， 其中多數(shù)集中在雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用中，包括探地雷達(dá)系統(tǒng)。到80 年代后期， 該技術(shù)開始被稱為"無(wú)載波"無(wú)線電，或脈沖無(wú)線電。美國(guó)國(guó)防部在1989 年首次使用了"超帶寬"這一術(shù)語(yǔ)。為了研究UWB在民用領(lǐng)域使用的可行性，自1998 年起， 美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)( FCC) 對(duì)超寬帶無(wú)線設(shè)備對(duì)原有窄帶無(wú)線通信系統(tǒng)的干擾及其相互共容的問(wèn)題開始廣泛征求業(yè)界意見， 在有美國(guó)軍方和航空界等眾多不同意見的情況下，F(xiàn)CC 仍開放了UWB 技術(shù)在短距離無(wú)線通信領(lǐng)域的應(yīng)用許可。這充分說(shuō)明此項(xiàng)技術(shù)所具有的廣闊應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)誘惑力。

　　2003年12月，在美國(guó)新墨西哥州的阿爾布克爾市舉行的IEEE有關(guān)UWB標(biāo)準(zhǔn)的大討論。那時(shí)關(guān)于UWB技術(shù)有兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的標(biāo)準(zhǔn)，一方是以Intel與德州儀器為首支持的MBOA標(biāo)準(zhǔn)，一方是以摩托羅位為首的DS-UWB標(biāo)準(zhǔn)，雙方在這場(chǎng)討論中各不相讓，兩者的分歧體現(xiàn)在UWB技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式上，前者采用多頻帶方式，后者為單頻帶方式。目前，這兩個(gè)陣營(yíng)均表示將單獨(dú)推動(dòng)各自的技術(shù)。雖然標(biāo)準(zhǔn)塵埃未定，但摩托羅拉已有了追隨者，三星在今年國(guó)際消費(fèi)電子展上展示了全球第一套可同時(shí)播放三個(gè)不同的HSDTV視頻流的無(wú)線廣播系統(tǒng)，就采用了摩托羅拉公司的Xtreme　Spectrum芯片，該芯片組是摩托羅拉的第二代產(chǎn)品，目前已有樣片提供，其數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達(dá)114Mbps，而功耗不超過(guò)200mw。在另一陣營(yíng)中，Intel公司近期在其開發(fā)商論壇上展示了該公司第一個(gè)采用90nm技術(shù)工藝處理的UWB芯片；同時(shí)，該公司還首次展示多家公司聯(lián)合支持的、采用UWB芯片的、應(yīng)用范圍超過(guò)10M的480Mbps無(wú)線USB技術(shù)。在今年5月中旬由IEEE802.15.3a工作組主持召開的標(biāo)準(zhǔn)大討論會(huì)議上對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行投票選舉UWB標(biāo)準(zhǔn)，MBOA獲得60%的支持，DS-UWB獲取40%的支持，兩者都沒(méi)有達(dá)到成為標(biāo)準(zhǔn)必須達(dá)到75%選票的要求。因此標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)還要持續(xù)下去。

　　美國(guó)在UWB的積極投入，引起歐盟和日本的重視，也紛紛開展研究計(jì)劃。由Wisair、Philips等六家公司和團(tuán)體，成立了Ultrawaves組織，研究家庭內(nèi)，UWB在AV設(shè)備高速傳輸?shù)目尚行匝芯?。位于以色列的Wisair多次發(fā)表所開發(fā)的UWB芯片組。STMicro、Thales集團(tuán)和摩托羅拉等10家公司和團(tuán)體則成立了UCAN組織，利用UWB達(dá)成PWAN的技術(shù)，包括實(shí)體層、MAC層、路由與硬件技術(shù)等。PULSERS是由位于瑞士的IBM研究公司、英國(guó)的Philips研究組織等45家以上的研究團(tuán)體組成，研究UWB的近距離無(wú)線界面技術(shù)和位置測(cè)量技術(shù)。日本在2003年元月成立了UWB研究開發(fā)協(xié)會(huì)，計(jì)有40家以上的業(yè)者和大學(xué)參加，并在同年3月構(gòu)筑UWB通信試驗(yàn)設(shè)備。多個(gè)研究機(jī)構(gòu)可在不經(jīng)過(guò)核準(zhǔn)的情況下，先行從事研究。我國(guó)在2001年9月初發(fā)布的"十五"國(guó)家863計(jì)劃通信技術(shù)主題研究項(xiàng)目中，首次將"超寬帶無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)"作為無(wú)線通信共性技術(shù)與創(chuàng)新技術(shù)的研究?jī)?nèi)容，鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)學(xué)者加強(qiáng)這方面的研究工作。

　　在UWB的專業(yè)IC設(shè)計(jì)公司已有數(shù)家，如Time Domain，Wisair，Discrete　Time　Communications.最具代表性的Xtreme Spectrum在2003年夏天被摩托羅拉并購(gòu)，該公司在2002年7月推出芯片組Trinity及其參考用電路板，芯片組由MAC、LNA、RF、Baseband所組成，耗電量為200mW，使用3.1G至7.5GHz頻段，速度為100Mbps。為了爭(zhēng)奪未來(lái)的家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)，許多廠商都已推出了自己的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，如Intel 的Digital Media Adapter，Sony 的RoomLink(這兩種適配器應(yīng)用的是802.11)，Xtreme Spectrum 則推出了基于UWB 技術(shù)的TRINITY 芯片組和一些消費(fèi)電子產(chǎn)品。而Microsoft 推出了WindowsXP Media Center Edition 以確保PC 成為智能網(wǎng)絡(luò)的樞紐。

四、與其它短距離無(wú)線技術(shù)的比較

　　從UWB的技術(shù)參數(shù)來(lái)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(wú)線技術(shù)與UWB作一對(duì)比，從中更能顯示出UWB的杰出的優(yōu)點(diǎn)。常見的短距離無(wú)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(wú)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(guò)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(lái)看，UWB的有效距離已擴(kuò)展到20M左右)。因此從總體來(lái)看，10M以內(nèi)，802.11a無(wú)法與UWB相比；但是在10M以外，UWB無(wú)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(ài)立信、IBM等5家公司在1998年聯(lián)合推出的一項(xiàng)無(wú)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(lái)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(lái)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(lái)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(shì)就不會(huì)再是優(yōu)勢(shì)，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(méi)有道理的。

　　(3)HomeRF與UWB

　　HomeRF 是專門針對(duì)家庭住宅環(huán)境而開發(fā)出來(lái)的無(wú)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(yǔ)音傳輸性能則來(lái)自DECT(無(wú)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(wú)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(shì)：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(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)各有千秋，這些技術(shù)之間存在著相互競(jìng)爭(zhēng)， 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(shuō)"UWB或取代某種技術(shù)"這是一種不負(fù)責(zé)任的說(shuō)法，就好像飛機(jī)又快又穩(wěn)，也沒(méi)有取代自行車一樣，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域。下面通過(guò)圖表的形式把四者的區(qū)別羅列如下：

　　五、UWB應(yīng)用概述

　　UWB 技術(shù)多年來(lái)一直是美國(guó)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(shì)， 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(wú)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(guò)降低數(shù)據(jù)率提高應(yīng)用范圍，具有對(duì)信道衰落不敏感、發(fā)射信號(hào)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(wú)線鏈接、短距離寬帶高速無(wú)線接入等相關(guān)民用領(lǐng)域?？偟恼f(shuō)來(lái)，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(wú)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(tái)、警戒雷達(dá)、UAV/U GV 數(shù)據(jù)鏈、探測(cè)地雷、檢測(cè)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(lái)， 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(wú)線數(shù)據(jù)通信( communication and measurements　system) 。下面對(duì)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(wú)線UWB 塔標(biāo)和無(wú)線UWB 移動(dòng)漫游器組成。其基本原理是通過(guò)無(wú)線UWB 漫游器和無(wú)線UWB 塔標(biāo)間的包突發(fā)傳送而完成航程時(shí)間測(cè)量，再經(jīng)往返(或循環(huán)) 時(shí)間的測(cè)量值的對(duì)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(hào)，其峰值功率為4W，工作頻帶范圍為1. 3～1. 7 GHz ，相對(duì)帶寬為27 % ，符合FCC 對(duì)UWB 信號(hào)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(guò)2 km。在建筑物內(nèi)部，由于墻壁和障礙物對(duì)信號(hào)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(lái)測(cè)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(lè)中心。在過(guò)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(lè)中心的概念是：將來(lái)你的住宅中的PC、娛樂(lè)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(lái)說(shuō)，你儲(chǔ)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(guò)Internet聯(lián)機(jī)，用無(wú)線手柄結(jié)合音、像設(shè)備營(yíng)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(lái)，這是建立家庭數(shù)字娛樂(lè)中心一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。從前面對(duì)UWB的技術(shù)特點(diǎn)來(lái)看，UWB技術(shù)無(wú)疑是一個(gè)很好的選擇。

　　六、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(guò)480Mbps 的可靠數(shù)據(jù)傳輸。與當(dāng)前流行的短距離無(wú)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(shì)，最大可以提供高達(dá)1000Mbps 以上的傳輸速率。UWB技術(shù)在無(wú)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(wú)線通信相比， UWB 可以提供更快、更遠(yuǎn)、更寬的傳輸速率，越來(lái)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(ài)，且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，在軍事需求和商業(yè)市場(chǎng)的推動(dòng)下，UWB 技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步發(fā)展和成熟起來(lái)。據(jù)聯(lián)合商業(yè)情報(bào)公司在《關(guān)于UWB 的預(yù)測(cè)和潛在市場(chǎng)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(wàn)套，當(dāng)年的收益將達(dá)到13. 9 億美元。

　　同先進(jìn)國(guó)家相比較，我國(guó)在無(wú)線通信領(lǐng)域仍處于待開發(fā)狀態(tài)，通過(guò)UWB技術(shù)的研究，可以充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，研究將會(huì)更有方向性和針對(duì)性，因而有可能在該領(lǐng)域達(dá)到并超過(guò)世界先進(jìn)水平，促進(jìn)我國(guó)在UWB技術(shù)方面的全面發(fā)展，同時(shí)對(duì)我國(guó)在該研究領(lǐng)域擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和相關(guān)產(chǎn)品，建立新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，具有重大意義。