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(xiàn)通信技術(shù)，它將會(huì )為無(wú)線(xiàn)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、高帶寬并且相對簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統無(wú)線(xiàn)技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它開(kāi)發(fā)了一個(gè)具有對信道衰落不敏感;發(fā)射信號功率譜密度低，有低截獲能力，系統復雜度低，能提供數厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。UWB尤其適用于室內等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線(xiàn)接入和軍事通信應用中。 

　　雖然超寬帶的描述并不詳細，它確實(shí)有助于將這項技術(shù)與傳統的“窄帶”系統分隔開(kāi)，或者是更新的主要是指文獻中描述的未來(lái)3G蜂窩技術(shù)的“寬帶”系統。關(guān)于超寬帶和其它的“窄帶”或者是“寬帶”主要有兩方面的區別。一是超寬帶的帶寬，在美國聯(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)載波應用方式。傳統的“窄帶”和“寬帶”都是采用無(wú)線(xiàn)電頻率(RF)載波來(lái)傳送信號，頻率范圍從基帶到系統被允許使用的實(shí)際載波頻率。相反的，超寬帶的實(shí)現方式是能夠直接的調制一個(gè)大的激增和下降時(shí)間的“脈沖”，這樣所產(chǎn)生的波形占據了幾個(gè)GHz的帶寬。 

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

　　與此相比，UWB無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)就像是一個(gè)人用旋轉的噴灑器來(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)精確計時(shí)的，每個(gè)只有幾個(gè)毫微秒長(cháng)，脈沖可以覆蓋非常廣泛的區域。脈沖的發(fā)送時(shí)間是根據一種復雜的編碼而改變的，脈沖本身可以代表數字通信中的0，也可以代表1。 

　　超寬帶技術(shù)在無(wú)線(xiàn)通訊方面的創(chuàng )新性、利益性具有很大的潛力，在商業(yè)多媒體設備、家庭和個(gè)人網(wǎng)絡(luò )方面極大地提高了一般消費者和專(zhuān)業(yè)人員的適應性和滿(mǎn)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(hù)所喜愛(ài)，而且在一些高端技術(shù)領(lǐng)域，如雷達跟蹤、精確定位和無(wú)線(xiàn)通信方面具有廣闊的前景。 

　　從時(shí)域上講， 超寬帶系統有別于傳統的通信系統。一般的通信系統是通過(guò)發(fā)送射頻載波進(jìn)行信號調制，而UWB 是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(幾十n s) 直接實(shí)現調制， 超寬帶的傳輸把調制信息過(guò)程放在一個(gè)非常寬的頻帶上進(jìn)行， 而且以這一過(guò)程中所持續的時(shí)間， 來(lái)決定帶寬所占據的頻率范圍。由于UWB 發(fā)射功率受限， 進(jìn)而限制了其傳輸距離， 據資料表明，UWB 信號的有效傳輸距離在10m 以?xún)龋?nbsp;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， 超寬帶有別于傳統的窄帶和寬帶， 它的頻帶更寬。窄帶是指相對帶寬(信號帶寬與中心頻率之比) 小于1% ， 相對帶寬在1% 到25% 之間的被稱(chēng)為寬帶， 相對帶寬大于25% ， 而且中心頻率大于500MHz的被稱(chēng)為超寬帶。表1表示這三個(gè)概念 

　　信號帶寬/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的帶寬很寬，接收機直接用一級前端交叉相關(guān)器就把脈沖序列轉換成基帶信號，省去了傳統通信設備中的中頻級，極大地降低了設備復雜性。

　　UWB技術(shù)采用脈沖位置調制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(cháng)串的脈沖，圖3顯示了周期性重復的單脈沖的時(shí)域和頻域特性。頻譜中出現了強烈的能量尖峰，這是由于時(shí)域中信號重復的周期性造成了頻譜的離散化。這些尖峰將會(huì )對傳統無(wú)線(xiàn)電設備和信號構成干擾，而且這種十分規則的脈沖序列也沒(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)脈沖出現位置超前或落后于標準時(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)制信息調制的示例。

　　圖4 PPM調制的示意圖

　　圖中調制前脈沖的平均周期和調制量δ的數值都極小。因此調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)器在達到零相位差的時(shí)候就可以檢測到這些調制信息，哪怕信號電平低于周?chē)肼曤娖?。由圖還可見(jiàn)調制后降低了頻譜的尖峰幅度，之所以仍不夠十分平滑是因為時(shí)間位置偏移量不夠大，也不夠雜亂。

　　為了進(jìn)一步平滑信號頻譜，可以讓重復時(shí)間的位置偏移量δ大小不一，變化隨機，同時(shí)也為了在共同的信道比如空中取得自己專(zhuān)用的信道，即實(shí)現通信系統的多址，可以對一個(gè)相對長(cháng)的時(shí)間幀內的脈沖串按位置調制進(jìn)行編碼，特別是采用偽隨機序列編碼。接收端只有用同樣的編碼序列才能正確接收和解碼。圖4顯示了偽隨機時(shí)間調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，這就是偽隨機編碼產(chǎn)生的效果。適當地選擇碼組，保證組內各個(gè)碼字相互正交或接近正交，就可以實(shí)現碼分多址。

　　圖5偽隨機時(shí)間調制編碼后的脈沖序列

　　UWB系統采用相關(guān)接收技術(shù)，關(guān)鍵部件稱(chēng)為相關(guān)器（correlator）。相關(guān)器用準備好的模板波形乘以接收到的射頻信號，再積分就得到一個(gè)直流輸出電壓。相乘和積分只發(fā)生在脈沖持續時(shí)間內，間歇期則沒(méi)有。處理過(guò)程一般在不到1ns的時(shí)間內完成。相關(guān)器實(shí)質(zhì)上是改進(jìn)了的延遲探測器，模板波形匹配時(shí)，相關(guān)器的輸出結果量度了接收到的單周期脈沖和模板波形的相對時(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，750ns后的穩定波形是輸出結果。

　　值得注意的是，雖然UWB信號幾乎不對工作于同一頻率的無(wú)線(xiàn)設備造成干擾。但是所有帶內的無(wú)線(xiàn)電信號都是對UWB信號的干擾，UWB可以綜合運用偽隨機編碼和隨機脈沖位置調制以及相關(guān)解調技術(shù)來(lái)解決這一問(wèn)題。

三、UWB的技術(shù)特點(diǎn)

　　由于UWB與傳統通信系統相比，工作原理迥異，因此UWB具有如下傳統通信系統無(wú)法比擬的技術(shù)特點(diǎn)：

　　(1)系統結構的實(shí)現比較簡(jiǎn)單：當前的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)所使用的通信載波是連續的電波，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(lái)傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過(guò)發(fā)送納秒級脈沖來(lái)傳輸數據信號。UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵天線(xiàn)，不需要傳統收發(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接收機也有別于傳統的接收機，不需要中頻處理，因此，UWB系統結構的實(shí)現比較簡(jiǎn)單。

　　(2)高速的數據傳輸：民用商品中，一般要求UWB 信號的傳輸范圍為10m以?xún)?，再根據?jīng)過(guò)修改的信道容量公式，其傳輸速率可達500Mbit/ s，是實(shí)現個(gè)人通信和無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的一種理想調制技術(shù)。UWB 以非常寬的頻率帶寬來(lái)?yè)Q取高速的數據傳輸，并且不單獨占用現在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)使用的頻帶。在軍事應用中，可以利用巨大的擴頻增益來(lái)實(shí)現遠距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數據傳

　　(3)功耗低：UWB 系統使用間歇的脈沖來(lái)發(fā)送數據，脈沖持續時(shí)間很短，一般在0. 20ns～1. 5ns 之間，有很低的占空因數，系統耗電可以做到很低，在高速通信時(shí)系統的耗電量?jì)H為幾百μW～幾十mW。民用的UWB 設備功率一般是傳統移動(dòng)電話(huà)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，相對于傳統無(wú)線(xiàn)設備有著(zhù)很大的優(yōu)越性。

　　(4)安全性高：作為通信系統的物理層技術(shù)具有天然的安全性能。由于UWB 信號一般把信號能量彌散在極寬的頻帶范圍內，對一般通信系統，UWB 信號相當于白噪聲信號，并且大多數情況下，UWB 信號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檢測出來(lái)是一件非常困難的事。采用編碼對脈沖參數進(jìn)行偽隨機化后，脈沖的檢測將更加困難。

　　(5)多徑分辨能力強：由于常規無(wú)線(xiàn)通信的射頻信號大多為連續信號或其持續時(shí)間遠大于多徑傳播時(shí)間， 多徑傳播效應限制了通信質(zhì)量和數據傳輸速率。由于超寬帶無(wú)線(xiàn)電發(fā)射的是持續時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號在時(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(cháng)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(shí)間上不重疊，很容易分離出多徑分量以充分利用發(fā)射信號的能量。大量的實(shí)驗表明，對常規無(wú)線(xiàn)電信號多徑衰落深達10～ 30 dB 的多徑環(huán)境， 對超寬帶無(wú)線(xiàn)電信號的衰落最多不到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(xiàn)電通信，很容易將定位與通信合一，而常規無(wú)線(xiàn)電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無(wú)線(xiàn)電具有極強的穿透能力，可在室內和地下進(jìn)行精確定位，而GPS 定位系統只能工作在GPS 定位衛星的可視范圍之內； 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(wú)線(xiàn)電定位器更為便宜。

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

　　如前所述，現代意義上的超寬帶UWB 數據傳輸技術(shù)， 又稱(chēng)脈沖無(wú)線(xiàn)電( IR ， Impulse Radio) 技術(shù)， 出現于1960年代， 當時(shí)主要研究受時(shí)域脈沖響應控制的微波網(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， 其中多數集中在雷達系統應用中，包括探地雷達系統。到80 年代后期， 該技術(shù)開(kāi)始被稱(chēng)為"無(wú)載波"無(wú)線(xiàn)電，或脈沖無(wú)線(xiàn)電。美國國防部在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， 美國聯(lián)邦通信委員會(huì )( FCC) 對超寬帶無(wú)線(xiàn)設備對原有窄帶無(wú)線(xiàn)通信系統的干擾及其相互共容的問(wèn)題開(kāi)始廣泛征求業(yè)界意見(jiàn)， 在有美國軍方和航空界等眾多不同意見(jiàn)的情況下，FCC 仍開(kāi)放了UWB 技術(shù)在短距離無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域的應用許可。這充分說(shuō)明此項技術(shù)所具有的廣闊應用前景和巨大的市場(chǎng)誘惑力。

　　2003年12月，在美國新墨西哥州的阿爾布克爾市舉行的IEEE有關(guān)UWB標準的大討論。那時(shí)關(guān)于UWB技術(shù)有兩種相互競爭的標準，一方是以Intel與德州儀器為首支持的MBOA標準，一方是以摩托羅位為首的DS-UWB標準，雙方在這場(chǎng)討論中各不相讓?zhuān)瑑烧叩姆制珞w現在UWB技術(shù)的實(shí)現方式上，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)均表示將單獨推動(dòng)各自的技術(shù)。雖然標準塵埃未定，但摩托羅拉已有了追隨者，三星在今年國際消費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(xiàn)廣播系統，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，其數據傳輸速度最高可達114Mbps，而功耗不超過(guò)200mw。在另一陣營(yíng)中，Intel公司近期在其開(kāi)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、應用范圍超過(guò)10M的480Mbps無(wú)線(xiàn)USB技術(shù)。在今年5月中旬由IEEE802.15.3a工作組主持召開(kāi)的標準大討論會(huì )議上對這種技術(shù)進(jìn)行投票選舉UWB標準，MBOA獲得60%的支持，DS-UWB獲取40%的支持，兩者都沒(méi)有達到成為標準必須達到75%選票的要求。因此標準之爭還要持續下去。

　　美國在UWB的積極投入，引起歐盟和日本的重視，也紛紛開(kāi)展研究計劃。由Wisair、Philips等六家公司和團體，成立了Ultrawaves組織，研究家庭內，UWB在A(yíng)V設備高速傳輸的可行性研究。位于以色列的Wisair多次發(fā)表所開(kāi)發(fā)的UWB芯片組。STMicro、Thales集團和摩托羅拉等10家公司和團體則成立了UCAN組織，利用UWB達成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、英國的Philips研究組織等45家以上的研究團體組成，研究UWB的近距離無(wú)線(xiàn)界面技術(shù)和位置測量技術(shù)。日本在2003年元月成立了UWB研究開(kāi)發(fā)協(xié)會(huì )，計有40家以上的業(yè)者和大學(xué)參加，并在同年3月構筑UWB通信試驗設備。多個(gè)研究機構可在不經(jīng)過(guò)核準的情況下，先行從事研究。我國在2001年9月初發(fā)布的"十五"國家863計劃通信技術(shù)主題研究項目中，首次將"超寬帶無(wú)線(xiàn)通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)"作為無(wú)線(xiàn)通信共性技術(shù)與創(chuàng )新技術(shù)的研究?jì)热?，鼓勵國內學(xué)者加強這方面的研究工作。

　　在UWB的專(zhuān)業(yè)IC設計公司已有數家，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，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。為了爭奪未來(lái)的家庭無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)，許多廠(chǎng)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(xiàn)技術(shù)的比較

　　從UWB的技術(shù)參數來(lái)看，UWB的傳輸距離只有10M左右，因此我們只拿常見(jiàn)的短距離無(wú)線(xiàn)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(jiàn)的短距離無(wú)線(xiàn)技術(shù)由IEEE802.11a、藍牙、HomeRF。

　　(1)IEEE802.11a與UWB

　　IEEE802.11a是由IEEE制定的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)標準之一，物理層速率在54Mbps，傳輸層速率在25Mbps，它的通信距離可能達到100M，而UWB的通信距離在10M左右。在短距離的范圍(如10M以?xún)?，IEEE802.11a的通信速率與UWB相比卻相差太大，UWB可以達到上千兆，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的有效距離已擴展到20M左右)。因此從總體來(lái)看，10M以?xún)龋?02.11a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的功耗相當大。

　　(2)藍牙(Bluetooth)與UWB

　　藍牙技術(shù)是愛(ài)立信、IBM等5家公司在1998年聯(lián)合推出的一項無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。隨后成立的藍牙技術(shù)特殊興趣組織(SIG)來(lái)負責該技術(shù)的開(kāi)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。藍牙的傳輸距離為10cm～10m。它采用2.4GHz ISM頻段和調頻、跳頻技術(shù)，速率為1Mbps。從技術(shù)參數上來(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，是藍牙速度的幾百倍。從目前的情況來(lái)看，藍牙唯一比UWB優(yōu)越的地方就是藍牙的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，但是隨著(zhù)UWB的發(fā)展，這種優(yōu)勢就不會(huì )再是優(yōu)勢，因此有人在UWB剛出現時(shí)，把UWB看成是藍芽的殺手，不是沒(méi)有道理的。

　　(3)HomeRF與UWB

　　HomeRF 是專(zhuān)門(mén)針對家庭住宅環(huán)境而開(kāi)發(fā)出來(lái)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，借用了802. 11 規范中支持TCP/ IP傳輸的協(xié)議；而其語(yǔ)音傳輸性能則來(lái)自DECT(無(wú)繩電話(huà)) 標準。HomeRF 定義的工作頻段為2. 4GHz ，這是不需許可證的公用無(wú)線(xiàn)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)信機最大功率為100mW ，有效范圍約50m，其速率為 1Mbps至2Mbps。寫(xiě)UWB相比，各有優(yōu)勢：HomeRF的傳輸距離遠，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(xiàn)通信標準各有千秋，這些技術(shù)之間存在著(zhù)相互競爭， 但在某些實(shí)際應用領(lǐng)域內它們又相互補充。單純地說(shuō)"UWB或取代某種技術(shù)"這是一種不負責任的說(shuō)法，就好像飛機又快又穩，也沒(méi)有取代自行車(chē)一樣，各有各的應用領(lǐng)域。下面通過(guò)圖表的形式把四者的區別羅列如下：

　　五、UWB應用概述

　　UWB 技術(shù)多年來(lái)一直是美國軍方使用的作戰技術(shù)之一，但由于UWB 具有巨大的數據傳輸速率優(yōu)勢， 同時(shí)受發(fā)射功率的限制， 在短距離范圍內提供高速無(wú)線(xiàn)數據傳輸將是UWB 的重要應用領(lǐng)域，如當前WLAN 和WPAN 的各種應用。此外，通過(guò)降低數據率提高應用范圍，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、系統復雜度低，能提供數厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)；UWB 也適用于短距離數字化的音視頻無(wú)線(xiàn)鏈接、短距離寬帶高速無(wú)線(xiàn)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、UWB L PI/ D 無(wú)線(xiàn)內通系統(預警機、艦船等) 、戰術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò )的PL I/ D 電臺、警戒雷達、UAV/U GV 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；在民用方面，自從2002 年2 月14 日FCC 批準將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(chē)防沖撞傳感器等(vehicle radar system) ；家電設備及便攜設備之間的無(wú)線(xiàn)數據通信( communication and measurements　system) 。下面對兩個(gè)重要應用展開(kāi)論述。

　　UWB 技術(shù)一個(gè)介于雷達和通信之間的重要應用是精確地理定位，例如使用UWB 技術(shù)的能夠提供三維地理定位信息的設備。該系統由無(wú)線(xiàn)UWB 塔標和無(wú)線(xiàn)UWB 移動(dòng)漫游器組成。其基本原理是通過(guò)無(wú)線(xiàn)UWB 漫游器和無(wú)線(xiàn)UWB 塔標間的包突發(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，得到目標的精確定位。此系統使用的是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(xiàn)或小型圓極化天線(xiàn)，其視距通信范圍可超過(guò)2 km。在建筑物內部，由于墻壁和障礙物對信號的衰減作用，系統通信距離被限制在約100 m 以?xún)?。UWB 地理定位系統最初的開(kāi)發(fā)和應用是在軍事領(lǐng)域，其目的是戰士在城市環(huán)境條件下能夠以0. 3 m的分辨率來(lái)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。它能夠提供突發(fā)且高達100Mbps 的信息服務(wù)，其信息內容包括路況信息、建筑物信息、天氣預報和行駛建議，還可以用作緊急援助事件的通信。

　　UWB第二個(gè)重要應用領(lǐng)域是家庭數字娛樂(lè )中心。在過(guò)去幾年里，家庭電子消費產(chǎn)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、智能家電等等出現在普通家庭里，正是"舊時(shí)王榭堂前燕，飛入平常百姓家"。家庭數字娛樂(lè )中心的概念是：將來(lái)你的住宅中的PC、娛樂(lè )設備、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)，你儲存的視頻數據可以在PC、DVD、TV、PDA 等設備上共享觀(guān)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，用無(wú)線(xiàn)手柄結合音、像設備營(yíng)造出逼真的虛擬游戲空間。如何把這些相互獨立的信息產(chǎn)品有機地結合起來(lái)，這是建立家庭數字娛樂(lè )中心一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。從前面對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 系統在很低的功率譜密度的情況下，已經(jīng)證實(shí)能夠在戶(hù)內提供超過(guò)480Mbps 的可靠數據傳輸。與當前流行的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)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1000Mbps 以上的傳輸速率。UWB技術(shù)在無(wú)線(xiàn)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。與藍牙、802111b、802115 等無(wú)線(xiàn)通信相比， UWB 可以提供更快、更遠、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(kāi)發(fā)UWB技術(shù)，有的開(kāi)發(fā)UWB應有，有的兼而有之。相信UWB技術(shù)， 不僅為低端用戶(hù)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)。據聯(lián)合商業(yè)情報公司在《關(guān)于UWB 的預測和潛在市場(chǎng)應用的報告》指出，2007 年全球配備UWB的電子設備和芯片的生產(chǎn)量將達到4510 萬(wàn)套，當年的收益將達到13. 9 億美元。

　　同先進(jìn)國家相比較，我國在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域仍處于待開(kāi)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，研究將會(huì )更有方向性和針對性，因而有可能在該領(lǐng)域達到并超過(guò)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)權和相關(guān)產(chǎn)品，建立新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)，具有重大意義。