超宽带无线通信
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密度下共享频谱的方式，在频谱资源非常紧张的今天具有极其重要的意 义，这也是超宽带兴起和发展的主要原因之一.
2、信道容量大，传输速率高
➢ ➢
香超农宽信带道信容号量占公有式数百兆C赫兹W（lMogH2z(）1甚NS至)几吉(b赫/ s兹) （GHz）带宽，理论
上可以提供极高的信道容量，达到Gbps以上的传输速率，或者在很低的
信噪比下，以一定的传输速率实现可靠传输。假定一个超宽带信号使用
7GHz带宽，当信噪比S/N低至-10dB时，超宽带可以提供的信道容量为
C=7G×log2（1+0.1）≈ 0.963Gbps，接近1Gbps。
➢ 数据表明，超宽带的空间通信容量是现有的通信系统（如：无线局域网、
蓝牙等）的10-1000倍以上。
超宽带无线通信
资料收集：侯蓓 LOGO
超宽带（UWB）无线通信
▪ UWB的概念及其发展 ▪ UWB的技术特点 ▪ UWB与其他无线技术的比较 ▪ UWB的关键技术 ▪ UWB的应用与前景 ▪ 其他
窄带、宽带、Байду номын сангаас宽带的定义
窄带
信号带宽/中心频率 ≤1%
宽带
1%≤…≤25%
超宽带（UWB）≥25%或带宽≥500Mbps
技术
GPS
定位精度 5-20m
Bluetooth IEEE802.11 UWB
3m
3m
15cm
UWB的技术特点
6、保密和安全性能好
▪ 超宽带信号的功率谱密度非常小，淹没在环境噪声和 其他信号中，同时又具有极宽的带宽，很难被基于频 谱搜索的侦测设备检测到。
▪ 同时超宽带系统可以采用多种扩频多址方式，包括： 跳时扩频、跳频扩频、直接序列扩频等，在接收端必 须采用与发射端一致的扩频码才能正确的解调数据， 这使得使非合法用户很难获取合法用户的传输信息， 系统的安全性和保密性非常高。
与其它短距离无线技术的比较
▪ 从UWB的技术参数来看，UWB的传输距离
只有10M左右，因此我们只拿常见的短距 离无线技术与UWB作一对比，从中更能显 示出UWB的杰出的优点。常见的短距离无 线技术由IEEE802.11a、蓝牙、HomeRF。
IEEE802.11a与UWB
▪ IEEE802.11a是由IEEE制定的无线局域网标准之一，物
▪ 直到2002年美国联邦通讯委员会（FCC）才发布
商用化规范。摩托罗拉2005年7月8日已经在台湾 成立亚洲第一座超宽带无线通讯研发中心。
UWB的发展
应用到民用领域
FCC开放频带 第一个专利被授予 最早美国提出
至今 2002年 1973年
1960年提出
UWB的技术特点
1、共存性能好
▪ 超宽带技术可以与现有的其他通信系统共享频谱。超宽带通信使用的频 谱范围从3.1GHz到10.6GHz，频谱宽度高达7.5GHz，通过发射功率的 限制，避免了对其他通信系统的干扰。超宽带信号的最高辐射功率为41.3dBm，这仅仅相当于一台个人计算机的辐射。这样在很低的功率谱
理层速率在54Mbps，传输层速率在25Mbps，它的通信 距离可能达到100M，而UWB的通信距离在10M左右。在 短距离的范围(如10M以内)，IEEE802.11a的通信速率与 UWB相比却相差太大，UWB可以达到上千兆，是 IEEE802.11a的几十倍；超过这个距离范围(即大于10M)， 由于UWB发射功率受限，UWB就性能就差很多(目前从演 示的产品来看，UWB的有效距离已扩展到20M左右)。因 此从总体来看，10M以内，802.11a无法与UWB相比；但 是在10M以外，UWB无法与802.11a相比。另外与UWB 相比，802.11a的功耗相当大。
蓝牙(Bluetooth)与UWB
▪ 蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出的
一项无线网络技术。随后成立的蓝牙技术特殊兴趣组织 (SIG)来负责该技术的开发和技术协议的制定，如今全世 界已有1800多家公司加盟该组织。蓝牙的传输距离为 10cm～10m。它采用2.4GHz ISM频段和调频、跳频技术， 速率为1Mbps。从技术参数上来看，UWB的优越性是比 较明显的，有效距离差不多，功耗也差不多，但UWB的 速度却快得多，是蓝牙速度的几百倍。从目前的情况来看， 蓝牙唯一比UWB优越的地方就是蓝牙的技术已经比较成 熟，但是随着UWB的发展，这种优势就不会再是优势， 因此有人在UWB刚出现时，把UWB看成是蓝牙的杀手， 不是没有道理的。
4、信号衰减小，穿透能力强
▪ 正弦载波在自由空间的衰减与距离平方成反比，在密集多径情况下，信 号的功率衰减更是与距离的3-4次方成反比。脉冲超宽带信号为定向窄脉 冲，不需要载波，具有较强的方向性，在相同的功率下，比正弦电磁波 的衰减更小。
▪ 同时基带窄脉冲信号包含的低频部分的长波具有较强的穿透能力，能够 穿透多种材料，使其可以应用于成像、检测、监视和测量等领域。
UWB的技术特点
5、定位精度高
▪ 由于脉冲超宽带具有较强的穿透能力，因此可以用于各种环境下的测距 和定位。系统的定位精度与信号的频谱宽度直接相关，频谱越宽，时间 分辨率越高。脉冲超宽带发射极短的基带窄脉冲信号具有很高的定位精 度，其带宽通常在数GHz，所以理论上其定位精度可达厘米量级。研究 表明，与GPS全球定位系统相比，超宽带技术具有更高的定位精度。
3
上述定义的示意图
单位频带 发射功率
窄带
宽带 超宽带 频率
FCC关于UWB的定义
▪ 定义
▪ 相对带宽Br大于20%或带宽大于500 MHz ▪ 相对带宽定义为-10 dB带宽除以中心频率
Br
(
fH fL fH fL)/ 2
▪ 这一定义还可能再修改
5
什么是超宽带无线通信技术
▪ 是一种具备低耗电与高速传输的无线
UWB的技术特点
3、低成本，低功耗
▪ 脉冲超宽带是最早采用的一种传输方式，它不需要载波，而是利用极短 的脉冲传输信息，因此，在发射端脉冲超宽带不需要功放和混频器，接 收端也不需要中频处理，大大降低了收发机的硬件实现复杂性和成本。 同时，为了避免对现有通信系统的干扰，超宽带信号发射功率很低，简 单的收发设备以及低功率，使得脉冲超宽带系统的功耗非常低，可以使 用电池长时间供电。
个人局域网络通讯技术，适合需要高 质量服务的无线通信应用，可以用在 无线个人局域网络（WPAN）、家庭 网络连接和短距离雷达等领域。它不 采用连续的正弦波（sine waves）， 而是利用脉冲讯号来传送。
UWB的历史
▪ UWB并不是一件新生事物，它已经有几十年的历
史了，起源于20世纪60年代Dr. Gerlad.F.Ross对 微波网络冲激响应的研究。但是过去它仅仅应用 在军事雷达和定位设备中，它也可以实现穿墙视 物等功能。
2、信道容量大，传输速率高
➢ ➢
香超农宽信带道信容号量占公有式数百兆C赫兹W（lMogH2z(）1甚NS至)几吉(b赫/ s兹) （GHz）带宽，理论
上可以提供极高的信道容量，达到Gbps以上的传输速率，或者在很低的
信噪比下，以一定的传输速率实现可靠传输。假定一个超宽带信号使用
7GHz带宽，当信噪比S/N低至-10dB时，超宽带可以提供的信道容量为
C=7G×log2（1+0.1）≈ 0.963Gbps，接近1Gbps。
➢ 数据表明，超宽带的空间通信容量是现有的通信系统（如：无线局域网、
蓝牙等）的10-1000倍以上。
超宽带无线通信
资料收集：侯蓓 LOGO
超宽带（UWB）无线通信
▪ UWB的概念及其发展 ▪ UWB的技术特点 ▪ UWB与其他无线技术的比较 ▪ UWB的关键技术 ▪ UWB的应用与前景 ▪ 其他
窄带、宽带、Байду номын сангаас宽带的定义
窄带
信号带宽/中心频率 ≤1%
宽带
1%≤…≤25%
超宽带（UWB）≥25%或带宽≥500Mbps
技术
GPS
定位精度 5-20m
Bluetooth IEEE802.11 UWB
3m
3m
15cm
UWB的技术特点
6、保密和安全性能好
▪ 超宽带信号的功率谱密度非常小，淹没在环境噪声和 其他信号中，同时又具有极宽的带宽，很难被基于频 谱搜索的侦测设备检测到。
▪ 同时超宽带系统可以采用多种扩频多址方式，包括： 跳时扩频、跳频扩频、直接序列扩频等，在接收端必 须采用与发射端一致的扩频码才能正确的解调数据， 这使得使非合法用户很难获取合法用户的传输信息， 系统的安全性和保密性非常高。
与其它短距离无线技术的比较
▪ 从UWB的技术参数来看，UWB的传输距离
只有10M左右，因此我们只拿常见的短距 离无线技术与UWB作一对比，从中更能显 示出UWB的杰出的优点。常见的短距离无 线技术由IEEE802.11a、蓝牙、HomeRF。
IEEE802.11a与UWB
▪ IEEE802.11a是由IEEE制定的无线局域网标准之一，物
▪ 直到2002年美国联邦通讯委员会（FCC）才发布
商用化规范。摩托罗拉2005年7月8日已经在台湾 成立亚洲第一座超宽带无线通讯研发中心。
UWB的发展
应用到民用领域
FCC开放频带 第一个专利被授予 最早美国提出
至今 2002年 1973年
1960年提出
UWB的技术特点
1、共存性能好
▪ 超宽带技术可以与现有的其他通信系统共享频谱。超宽带通信使用的频 谱范围从3.1GHz到10.6GHz，频谱宽度高达7.5GHz，通过发射功率的 限制，避免了对其他通信系统的干扰。超宽带信号的最高辐射功率为41.3dBm，这仅仅相当于一台个人计算机的辐射。这样在很低的功率谱
理层速率在54Mbps，传输层速率在25Mbps，它的通信 距离可能达到100M，而UWB的通信距离在10M左右。在 短距离的范围(如10M以内)，IEEE802.11a的通信速率与 UWB相比却相差太大，UWB可以达到上千兆，是 IEEE802.11a的几十倍；超过这个距离范围(即大于10M)， 由于UWB发射功率受限，UWB就性能就差很多(目前从演 示的产品来看，UWB的有效距离已扩展到20M左右)。因 此从总体来看，10M以内，802.11a无法与UWB相比；但 是在10M以外，UWB无法与802.11a相比。另外与UWB 相比，802.11a的功耗相当大。
蓝牙(Bluetooth)与UWB
▪ 蓝牙技术是爱立信、IBM等5家公司在1998年联合推出的
一项无线网络技术。随后成立的蓝牙技术特殊兴趣组织 (SIG)来负责该技术的开发和技术协议的制定，如今全世 界已有1800多家公司加盟该组织。蓝牙的传输距离为 10cm～10m。它采用2.4GHz ISM频段和调频、跳频技术， 速率为1Mbps。从技术参数上来看，UWB的优越性是比 较明显的，有效距离差不多，功耗也差不多，但UWB的 速度却快得多，是蓝牙速度的几百倍。从目前的情况来看， 蓝牙唯一比UWB优越的地方就是蓝牙的技术已经比较成 熟，但是随着UWB的发展，这种优势就不会再是优势， 因此有人在UWB刚出现时，把UWB看成是蓝牙的杀手， 不是没有道理的。
4、信号衰减小，穿透能力强
▪ 正弦载波在自由空间的衰减与距离平方成反比，在密集多径情况下，信 号的功率衰减更是与距离的3-4次方成反比。脉冲超宽带信号为定向窄脉 冲，不需要载波，具有较强的方向性，在相同的功率下，比正弦电磁波 的衰减更小。
▪ 同时基带窄脉冲信号包含的低频部分的长波具有较强的穿透能力，能够 穿透多种材料，使其可以应用于成像、检测、监视和测量等领域。
UWB的技术特点
5、定位精度高
▪ 由于脉冲超宽带具有较强的穿透能力，因此可以用于各种环境下的测距 和定位。系统的定位精度与信号的频谱宽度直接相关，频谱越宽，时间 分辨率越高。脉冲超宽带发射极短的基带窄脉冲信号具有很高的定位精 度，其带宽通常在数GHz，所以理论上其定位精度可达厘米量级。研究 表明，与GPS全球定位系统相比，超宽带技术具有更高的定位精度。
3
上述定义的示意图
单位频带 发射功率
窄带
宽带 超宽带 频率
FCC关于UWB的定义
▪ 定义
▪ 相对带宽Br大于20%或带宽大于500 MHz ▪ 相对带宽定义为-10 dB带宽除以中心频率
Br
(
fH fL fH fL)/ 2
▪ 这一定义还可能再修改
5
什么是超宽带无线通信技术
▪ 是一种具备低耗电与高速传输的无线
UWB的技术特点
3、低成本，低功耗
▪ 脉冲超宽带是最早采用的一种传输方式，它不需要载波，而是利用极短 的脉冲传输信息，因此，在发射端脉冲超宽带不需要功放和混频器，接 收端也不需要中频处理，大大降低了收发机的硬件实现复杂性和成本。 同时，为了避免对现有通信系统的干扰，超宽带信号发射功率很低，简 单的收发设备以及低功率，使得脉冲超宽带系统的功耗非常低，可以使 用电池长时间供电。
个人局域网络通讯技术，适合需要高 质量服务的无线通信应用，可以用在 无线个人局域网络（WPAN）、家庭 网络连接和短距离雷达等领域。它不 采用连续的正弦波（sine waves）， 而是利用脉冲讯号来传送。
UWB的历史
▪ UWB并不是一件新生事物，它已经有几十年的历
史了，起源于20世纪60年代Dr. Gerlad.F.Ross对 微波网络冲激响应的研究。但是过去它仅仅应用 在军事雷达和定位设备中，它也可以实现穿墙视 物等功能。