超寬帶(UWB)技術(shù)始于20世紀(jì)60年代興起的脈沖通信技術(shù)，利用頻譜極寬的超短脈沖進(jìn)行通信，又稱為基帶通信、無載波通信，主要用于軍用雷達(dá)、定位和通信系統(tǒng)中。2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)批準(zhǔn)了UWB技術(shù)用于民用；隨后，日本于2006年8月開放了超寬帶頻段。由于UWB技術(shù)具有傳輸速率高(達(dá)1Gbit/s)、抗多徑能力強(qiáng)、功耗低、成本低、穿透能力強(qiáng)、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(diǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)成為無線個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)的首選技術(shù)。

超寬帶理論

迄今為止，超寬帶理論體系還不完善，關(guān)于其工作機(jī)理和特性還有很多疑問，如超寬帶信號(hào)傳播特性、信道模型、超寬帶天線設(shè)計(jì)理論以及超寬帶信號(hào)處理理論等，而這對(duì)超寬帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用至關(guān)重要。

標(biāo)準(zhǔn)化

在UWB物理層兩種技術(shù)方案中，DS-UWB產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)領(lǐng)先，目前已有多款商用芯片問世，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入模塊階段(IEEE1394和PCI應(yīng)用模塊，無線USB應(yīng)用模塊)，2004年8月獲得了FCC的批準(zhǔn)，嵌入DS-UWB的電子產(chǎn)品可以在美國市場銷售。

MB-OFDM商用芯片問世，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入芯片階段，獲得了眾多廠商的支持。

IEEE802.15.3a高速UWB的上層協(xié)議由WiMediaAlliance負(fù)責(zé)。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(biāo)準(zhǔn)和互操作性的效率，但這并沒有改變最終結(jié)果。經(jīng)過四年?duì)幷撝?，IEEE負(fù)責(zé)802.15.3aUWB標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)小組經(jīng)全體投票一致通過決定解散，消費(fèi)者將自己選擇他們認(rèn)為最方便、最實(shí)用的技術(shù)。與此同時(shí)，WiMedia聯(lián)盟建議歐洲的行業(yè)協(xié)會(huì)和標(biāo)準(zhǔn)化組織EcmaInternational的成員采用其MB-OFDM標(biāo)準(zhǔn)作為消費(fèi)產(chǎn)品中使用的UWB全球標(biāo)準(zhǔn)，并將標(biāo)準(zhǔn)提交ISO/IECJTC1快速通過。

干擾問題

超寬帶系統(tǒng)應(yīng)用中存在一個(gè)與現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)的共存問題。由于超寬帶系統(tǒng)使用很寬的頻譜，因此與很多其他的無線通信系統(tǒng)頻譜重疊。雖然從理論上說超寬帶系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度很低，應(yīng)能和其他無線通信系統(tǒng)兼容，但在實(shí)際應(yīng)用中，超寬帶系統(tǒng)對(duì)其他無線通信系統(tǒng)的兼容性還需要實(shí)驗(yàn)證明，特別是超寬帶系統(tǒng)的工作機(jī)理還有很多不清楚的方面，比如超寬帶系統(tǒng)的帶外干擾問題，即超寬帶設(shè)備有可能對(duì)其工作頻段之外的無線系統(tǒng)產(chǎn)生一定的干擾，這部分干擾還很難用理論計(jì)算的方法準(zhǔn)確估計(jì)，如對(duì)GPS的干擾、對(duì)個(gè)人通信系統(tǒng)900/1800MHzGSM的干擾、對(duì)無線局域網(wǎng)IEEE802.11的干擾等，特別是當(dāng)某特定區(qū)域有很多超寬帶設(shè)備時(shí)，其集中干擾必須認(rèn)真考慮。

與之對(duì)應(yīng)的問題是，來自于其他無線通信系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)UWB接收機(jī)的帶內(nèi)干擾。UWB設(shè)備發(fā)射功率譜密度很低，UWB接收機(jī)中容易受到噪聲和干擾影響，特別是來自窄帶無線系統(tǒng)的阻塞干擾。

干擾問題始終是制約民用超寬帶技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要問題。目前，隨著4G標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的加快，UWB與4G的“和平共處”也值得深入研究。UWB使用頻段與4G候選頻段有重疊，為了對(duì)未來的4G系統(tǒng)提供保護(hù)，必須開展UWB與4G的共存研究。DAA(detect and avoid)作為UWB的防干擾技術(shù)在日本和歐洲越來越受到重視，為了保護(hù)未來4G移動(dòng)通信系統(tǒng)，一些國家提出UWB必須使用DAA的限制方案。

“UWB＋無線Mesh”

與傳統(tǒng)的集中控制式無線網(wǎng)絡(luò)相比，Mesh擴(kuò)展覆蓋范圍，提供非視距傳輸(NLOS)，結(jié)構(gòu)靈活，具有自建性、自愈性、自組性，支持多種接入方式，支持移動(dòng)性，易于安裝，成本低廉。作為一種理想的網(wǎng)狀網(wǎng)物理層技術(shù)，UWB和網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)的融合將是未來UWB技術(shù)發(fā)展不可避免的趨勢。

UWB技術(shù)的特點(diǎn)決定了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功耗和成本可以很低，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率高，系統(tǒng)總?cè)萘看螅踩阅芨?，抗信道衰落能力?qiáng)。但基于UWB的網(wǎng)狀網(wǎng)技術(shù)也有其缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為：由于UWB發(fā)射功率限制，單跳傳輸距離短，只有10米左右的距離。

UWB應(yīng)用

UWB技術(shù)可以提供高達(dá)1Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，可用在數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)或辦公網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)近距離、高速率數(shù)據(jù)傳輸。例如，利用UWB技術(shù)可以在家用電器設(shè)備之間提供高速的音頻、視頻業(yè)務(wù)傳輸。在數(shù)字辦公環(huán)境中，應(yīng)用UWB技術(shù)可以減少線纜布放的麻煩，提供無線高速互聯(lián)。另外，利用UWB技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)軍用通信、雷達(dá)探測、精確定位等等。

UWB技術(shù)起源于脈沖通信，最初主要用于軍事領(lǐng)域。近年來，超寬帶技術(shù)開始用于民用高速、近距離無線通信領(lǐng)域，并取得了較快發(fā)展，產(chǎn)生了MB-OFDM、DS-UWB兩種技術(shù)方案。目前，國際上對(duì)UWB技術(shù)的研究正在如火如荼地進(jìn)行。憑借高速率、低功耗、低成本等優(yōu)勢，超寬帶技術(shù)必將得到廣泛應(yīng)用。