超宽带技术概述
UWB超宽带
UWB超宽带什么是UWB超宽带？UWB（Ultra-WideBand）超宽带是一种通过在超宽频带范围内传输数据的无线通信技术。
它基于短脉冲信号，能够在极短的时间内传输大量数据。
UWB超宽带技术在无线通信领域具有广泛应用，包括室内定位、物体追踪、雷达和无线传感器网络等。
UWB超宽带的特点1.宽频带范围： UWB超宽带技术的一项主要特点是其宽频带范围。
通常，UWB的频带范围从几百兆赫兹（MHz）到几千兆赫兹（GHz），因此能够支持高速数据传输和较长的传输距离。
2.低功率： UWB超宽带技术在传输数据时使用低功率，这使得它可以在不干扰其他无线设备的情况下工作。
3.高精度定位： UWB超宽带技术可以实现高精度的室内定位。
由于UWB信号能够穿透墙壁和障碍物，因此可以在室内环境中实现准确的物体定位。
4.抗多径干扰：多径干扰是指由于信号在传播过程中碰撞、反射和折射等原因导致信号传输路径的多样性。
UWB超宽带技术通过使用信号的多径特性来抵消多径干扰，提高信号传输的可靠性。
UWB超宽带的应用1. 室内定位UWB超宽带技术在室内定位方面具有特殊优势。
通过将UWB设备部署在建筑物内部，可以实现对人员和物体的高精度定位。
这在商场、医院和仓库等场所可以提供实时的位置信息，便于管理和安全监控。
2. 物体追踪利用UWB超宽带技术，可以实现对物体的追踪。
通过将UWB标签附着在物体上，可以准确追踪其位置和运动轨迹。
这在物流管理、仓库管理和供应链领域具有广泛应用。
3. 雷达应用UWB超宽带技术在雷达领域也得到了广泛应用。
与传统雷达相比，UWB雷达具有更高的分辨率和更好的目标检测能力。
它可以在不同的天气和环境条件下提供高质量的目标识别和跟踪。
4. 无线传感器网络UWB超宽带技术在无线传感器网络中起到重要作用。
通过使用UWB传感器，可以实现对环境参数（如温度、湿度和压力等）进行高精度和实时的测量。
这在工业自动化、环境监测和智能家居等领域有着广泛的应用前景。
超宽带综述
一、超宽带信号的定义及其特点两个常用概念能量带宽：相对带宽：定义1990年美国军方首次提出“超宽带”这一概念，并规定在-20dB处的绝对带宽大于或相对带宽大于25%的任何信号均称之为超宽带信号。
2002年，FCC对美国军方的定义作了修改，规定信号-10dB绝对带宽大于或相对带宽大于、等于20%，就称之为超宽带信号。
这个定义使得超宽带信号不再局限于脉冲发射.超宽带技术的特点超宽带技术在历史上还有其他的名称，如脉冲无线电 (ImpulseRadio)，时域脉冲，无载波技术等。
上述名称反映了超宽带信号在时域上持续时间极短，在频域上覆盖了很宽的频带这个典型特点。
超宽带技术具有如下优势:(1)辐射谱密度低超宽带通信系统使用很低的功率谱密度发射信号，功率谱密度与窄带系统接收端的背景噪声电平持平。
因此，超宽带系统对窄带系统的干扰小，能与其他通信系统共享频谱资源。
此外，低的辐射谱密度使得信号的隐蔽性特别强，被截获和检测的概率低，保证了通信的安全性。
(2)传输速率高超宽带极窄脉冲信号的本质特点就是具有极宽的带宽，由香农信道容量公式可知，信道容量与带宽呈近似线性关系。
因此，超宽带系统具有很大的系统容量。
超宽带的这种特性非常适用于高速率数据传输的无线通信系统，理论的最大数据传输速率可达到1GbPs。
但是，由于辐射谱密度低，超宽带系统只能应用于10米内的短距离高速无线通信。
(3)多径分辨能力强在无线通信系统中，信道情况比较复杂，发射机和接收机之间存在许多障碍物。
发射信号经过多次反射、散射、绕射后经过不同的路径到达接收端。
由于经过不同路径的信号其幅度的衰减和时间的延迟都是不同的，所以在接收端这些信号的叠加会引起信号的衰落，窄带系统尤为严重。
在超宽带系统中，承载数据信息的是持续时间在纳秒级的时间离散窄脉冲，经多径反射的延时信号与直达信号在时间上是可以分离的。
因此，超宽带信号具有很强的分辨多径衰落能力。
(4)极宽的带宽一个基带极窄脉冲从时域经傅里叶变换到频域，其频率覆盖范围从直流(DC)到几个甚至十几个GHz的频率位置。
超宽带(UWB)无线通信技术详解
超宽带（UWB）无线通信技术详解作者：王德强李长青乐光新近年来，超宽带(UWB)无线通信成为短距离、高速无线网络最热门的物理层技术之一。
许多世界著名的大公司、研究机构、标准化组织都积极投入到超宽带无线通信技术的研究、开发和标准化工作之中。
为了使读者对UWB技术有所了解，本讲座将分3期对UWB 技术进行介绍：第1期讲述UWB的产生与发展、技术特点、信号成形及调制与多址技术，第2期对UWB信道、系统方案及接收机关键技术进行介绍，第3期介绍UWB的应用前景及标准化情况。
1 UWB的产生与发展超宽带(UWB)有着悠久的发展历史，但在1989年之前，超宽带这一术语并不常用，在信号的带宽和频谱结构方面也没有明确的规定。
1989年，美国国防部高级研究计划署(DARPA)首先采用超宽带这一术语，并规定：若信号在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz 或相对带宽大于25%，则该信号为超宽带信号。
此后，超宽带这个术语才被沿用下来。
其中，fH为信号在-20dB辐射点对应的上限频率、fL为信号在-20 dB辐射点对应的下限频率。
图1给出了带宽计算示意图。
可见，UWB是指具有很高带宽比(射频带宽与其中心频率之比)的无线电技术。
为探索UWB应用于民用领域的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC)开始在产业界广泛征求意见。
美国NTIA等通信团体对此大约提交了800多份意见书。
2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。
根据UWB系统的具体应用，分为成像系统、车载雷达系统、通信与测量系统三大类。
根据FCCPart15规定，UWB通信系统可使用频段为3.1 GHz～10.6 GHz。
为保护现有系统(如GPRS、移动蜂窝系统、WLAN等)不被UWB系统干扰，针对室内、室外不同应用，对UWB系统的辐射谱密度进行了严格限制，规定UWB系统的最高辐射谱密度为-41.3 dBm/MHz.。
UWB超带宽技术
概念超宽带技术UWB(Ultra Wide Band，超宽带)是一种无线载波通信技术。
即不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。
UWB是利用纳秒级窄脉冲发射无线信号的技术，适用于高速、近距离的无线个人通信。
按照FCC的规定，从3.1GHz到10.6GHz 之间的7.5GHz的带宽频率为UWB所使用的频率范围。
从频域来看，超宽带有别于传统的窄带和宽带，它的频带更宽。
窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率之比)小于1％，相对带宽在1％到25％之间的被称为宽带，相对带宽大于25％。
而且中心频率大于500MHz的被称为超宽带。
从时域上讲，超宽带系统有别于传统的通信系统。
一般的通信系统是通过发送射频载波进行信号调制。
而UWB是利用起、落点的时域脉冲(几十纳秒)直接实现调制，超宽带的传输把调制信息过程放在一个非常宽的频带上进行。
而且以这一过程中所持续的时间，来决定带宽所占据的频率范围。
UWB(Ultra Wide Band，超宽带)主要技术特点UWB是一种“特立独行”的无线通信技术，它将会为无线局域网LAN和个人局域网PAN的接口卡和接人技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。
UWB解决了困扰传统无线技术多年的有关传播方面的重大难题，具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截获的可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。
UWB具有以下特点：1 抗干扰性能强UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。
因此。
与IEEE 802.1la、IEEE 802.1lb和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。
2 传输速率高UWB(Ultra Wide Band，超宽带)的数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s。
超宽带概要
超宽带系统概要1 目前无线通信技术从涵盖范围来划分主要分为无线个域网（Wireless Personal Aera Network,WPAN ）、无线局域网(Wireless Local Aera Network ，WLAN)、无线城域网(Wireless Metropolian Aera Network ，WMAN)、无线广域网(Wireless Wide Aera Network ，WWAN)四类。
WPAN 是为了实现活动半径小、业务类型丰富、面向特定群体、无线无缝连接而提出的新型无线通信网络技术。
超宽带是一种适用于WPAN 的无线技术。
美国联邦通讯委员会（Federal Communications Commission ，FCC ）对超宽带的定义：相对带宽大于20%或绝对带宽大于500MHz ，并满足其对信号功率谱密度的限制要求。
FCC 将超宽带系统的带宽限制在 3.1～10.6GHz 频带内，并要求其等效各向同性辐射功率（Equivalent Isotropic Radiated Power,EIRP ）限制在-41.3dBm/MHz 以下。
超宽带通信系统的实现方式：脉冲无线电（传统）和载波调制（主流的延伸）。
常见的超宽带通信体制：脉冲无线电（Impulse Radio ，IR ）（经典）、直接序列扩频超宽带（Direct Sequence Ultra Wide Band ，DS-UWB ）、多带正交频分多路复用（Multi-Band OFDM Alliance ，MBOA ）。
脉冲无线电（IR ）时域宽度为纳秒级或压纳秒级，占空比很低，不需经过频谱搬移。
脉冲超宽带的特性（IR-UWB ）：1>支持高数据速率或系统容量超宽带脉冲持续时间短，可以通过调整跳时多址接入方式中的占空比（提高）或DS 多址接入方式中的序列长度（降低）实现高速率。
2>定位精度高，探测能力强超宽带信号的时间分辨能力直接决定了信号到达时间（Time Of Arrival ，TOA ）估计的精确度，通常用克拉美-劳下界（Cramer-Rao Low Bound ，CRLB ）衡量。
uwb原理
uwb原理
uwb原理是指超宽带技术（uwb），它是一种新型无线通信技术，
它可以提供极高的传输速率，超过100M bps。
不同于传统的无线通信
技术，它使用比传统技术更长的脉冲，从而可以传输更多的信息，而
且可以利用纳秒级的时间精度来传输信息，从而实现精确定位。
UWB的基本原理是利用超宽带脉冲的短暂存在，其时域技术可以实
现精确定位。
它可以使用很小的功率传播非常宽的信号波形，从而可
以精确测量发射和接收之间的距离，即时延迟（toa）。
由于它使用短
时间脉冲，所以可以有更高的频谱效率，即可以在非常窄的带宽内传
输大量的信息，而且对信号干扰非常稳健。
UWB的另一个优势是它的无线定位特性，可以准确的测量多个无线
节点之间的相对距离，从而实现精确的位置定位。
它还可以通过基于
多普勒散射技术（mimo）测量发射端和接收端之间的多普勒散射。
UWB还可以用于安全保障，因为它可以检测到信号的慢速衰减功率，这意味着可以确定接收到信号的距离，而且UWB还可以反向识别信号，从而实现信息的安全传输。
总之，UWB技术具有极高的传输速率，可以准确无误的定位，且具
有良好的安全性，是一种先进的无线通信技术，在我们日常生活中有
着广泛的应用。
超宽带技术(UWB)概述
B10dB fH fL
注：纵坐标PSD（信号功率谱密度）， 单位是功率/Hz，所表现的是单位频 带内信号功率随频率的变换情况。 实际应用中，绝对带宽有−3dB绝对 带宽、−20dB绝对带宽等不同选择。
相对带宽（Fractional Bandwidth）
( fH fL ) 2 (2.8 1.2) 2
fL 1.2 GHz fH 2.8 GHz
窄带
相对带宽
fH fL ( fH fL )
2
2.8 1.2 (2.8 1.2)
100% 80% 2
宽带 UWB
相对带宽<1% 1%<相对带宽<20%
相对带宽>20%
UWB定义
分数带宽（FBW）＝绝对带宽/中心频率 DARPA：FBW>25％ （－20dB） FCC：FBW>20％或者绝对带宽>0.5GHz （－10dB）
超宽带技术(UWB)概述
超宽带技术概述 Ultra-W i d e b a n d ,
UWB
单位频带
发射功率
窄带
宽带
超宽带 频率
超宽带（UWB）发展简史
• 19世纪末期，马可尼演示的第一个无线通信系统就涉及了脉冲超宽带 的概念；最早的超宽带又称为 Impulse Radio ；
• 1942年，随机脉冲系统专利，上世纪六七十年代在雷达信号处理领域 有成功应用；
–超宽带(UWB)原来专属军方使用的技术，1998 年FCC征询用于民用的意见，2002年2月确定辐 射模板正式将其解禁。
非正弦载波调制传输：
• 非正弦载波调制传输：
• 第一个基于UWB无线电通信的脉冲技术为Spark Gap无线 电通信技术，主要用来传送摩尔斯电码。
超宽带 技术
首先什么是超宽带？我们对信号基于其相对带宽的划分：相对带宽的定义：Bf=BW/fc(中心频率)*100%=fh-fl/fh+fl/2窄带Bf<1%宽带1<Bf<20%超宽带Bf>20%2页超宽带通信和其它通信技术的根本不同在于，它在发射机和接收机之间采用非常窄的射频脉冲进行通信。
超宽带通信并不是一项全新的技术，现在让我们来了解一下它的发展简史！事实上早在1901年就被马可尼采用，他通过使用火花隙发射机来发射莫尔斯码序列穿越大西洋。
火花隙实质上就是带宽很宽大的窄脉冲。
但是当时人们并没考虑到大带宽的好处以及实现多用户通信系统的能力。
在马可尼之后约50年，基于脉冲的现代发射机以脉冲雷达的形式在军事应用中获得了动力。
从上个世纪60年代到90年代，该技术作为机密项目，一直被限制为军队和国防部的应用。
然而，近代微处理器级及半导体技术中的快速切换技术的进步，使得超宽带技术的商业应用已经具备一切条件。
在过去的几年，将超宽带技术商业化的兴趣不断增加，超宽带系统的开发者们开始向美国联邦通信委员会施加压力，促使其同意超宽带技术的商用。
因此2002年2月，美国联邦通信委员会通过了超宽带技术的各种设备在严格功率辐射限制下的商用的初期报告和规则；下面介绍一下UWB的相关概念。
超宽带系统不使用载波，采用低占空因子的、短持续期、脉冲来发射和接收信息。
占空因子的定义就是脉冲出现的时间和总的传输时间之比！。
低占空因子保证了超宽带通信非常低的平均功率。
也就决定了，短时超宽带脉冲具有非常宽的带宽和非常低的发射功率。
这直接转化为手持设备较长的电池寿命！4页下面我们看一个超宽带脉冲的例子！第一幅图显示了实用的单周期高斯脉冲的时域波形和频域特性，脉冲周期为0.5ns图中脉冲的中心频率在f=1/T=2GHz。
第二幅图是实际通信中使用的周期性重复的单脉冲的时域和频域特性。
我们从频谱图中看到，很多强烈的能量尖峰，这是由于时域中信号重复的周期性造成了频谱的离散化。
超宽带(UWB)技术
微波通信
输出信号s(t)可表示为：
s(t )
j
d
j
p(t jTs )
若使用PPM调制器代替PAM调制器，得到的信号可表示为：
d j 1 s(t ) p(t jTs ) 2 j
UWB 技术采用脉冲位置调制(PPM )单周期脉冲来携带信息和 信道编码,一般工作脉宽为0. 1～1.5 ns,重复周期为25～1 000 ns 。
微波通信
批准将UWB 用于民用产品以来， UWB的民用主要包括以下3 个 方面：地质勘探及可穿透障碍物的传感器(imaging system) ；汽车 防冲撞传感器等(vehicle radar system) ；家电设备及便携设备之间 的无线数据通信( communication and measurements system) 。 1、UWB 技术一个介于雷达和通信之间的重要应用是精确地理定 位，例如使用UWB 技术的能够提供三维地理定位信息的设备。 UWB 地理定位系统最初的开发和应用是在军事领域，其目的是战 士在城市环境条件下能够以0. 3 m的分辨率来测定自身所在的位 置。目前其主要商业用途之一为路旁信息服务系统.它能够提供突 发且高达100Mbps 的信息服务,其信息内容包括路况信息、建筑物 信息、天气预报和行驶建议，还可以用作紧急援助事件的通信。
微波通信
典型高斯单调周期脉冲的时域和频域如下图所示。
实际通信中使用一长串的脉冲,周期性重复的单脉冲时域和频域 特性如下图所示。
微波通信
频谱中出现了强烈的能量尖峰,这是由于时域中信号重复的周期 性造成了频谱的离散化。这些尖峰将会对传统无线电设备和信号 构成干扰,而且这种十分规则的脉冲序列也没有携带有用信息。改 变时域的周期性可以减低这种尖峰,即采用脉冲位置调制(PPM ) 。
超宽带技术概述及展望
总第 ２ ２ ０ 期
超 宽带 技 术 概 述 及 展 望
（ 疆兵 团六师 电 大通信 工程 ２ ， 家渠 市 ，３ ０ ０ 曾兆权 新 班 五 ８００ ） 刘江 南
摘要
超 宽 带技 术 （ ＵＷＢ，１ ｕｔ
ｉｅ ｂｎ ） 一种 与其 他技 术 有很 大 不 同的 无 线通 信 新技 术 ， 具 ｄ ａｄ 是 它
发生器是 Ｕ ＷＢ技 术 的前 提 条 件 。就 目前 的情 况 来
根据香农公 式 ： ＝ Ｃ Ｗ我们可 以知道 ， 即使在信
噪 比 ＳＮ很 低 的情 况下 ， 要传输 带 宽 Ｗ足 够大 ， ／ 只 同 样 可 以 提供 很 大 的信 道 容 量 ｃ 。这 就 是 Ｕ ＷＢ技 术
讲， 产生 Ｕ ＷＢ冲击脉 冲的方 法主要有两种 。 １光 （）
术 的前景做 了展 望 。
关键 词
ＵＷＢ； 线通 信 ； 无 特点 ； 用 ； 望 应 展
中图分类号：６６ 文献标识码 ： Ｆ２． ５ Ｂ
文 章编 号 ： ０ ８ ０ ９ （ ０ ２ ０ — ０ ４ ０ １ ０ — ８ ９２ １ ）４ ０２ — ３
的高端频率和低端频率 。
２２ Ｕ 技 术 的原 理 ． ＷＢ 由前 面 所 述 的 Ｕ ＷＢ理 论 基 础 我 们 知 道 ， 小 在
数据直接调制数据脉冲， 在此过程 中同时进行信道
编码 。所 以， 我们能够看到 ， 冲击脉冲的产 生和调
制技 术 是 Ｕ 技 术方 案 的两 大核 心所 在 。 ＷＢ
３ Ｕ ＷＢ技 术 的实现 方案
３１ 冲击 脉 冲的产 生 ．
２１ Ｕ 技 术理论 基 础及 定义 ． ＷＢ
从根本上说 ， 产生脉冲宽度为纳秒级别的信号
超宽带通信技术在军用通信中的应用
超宽带通信技术在军用通信中的应用随着科技的不断发展，通信技术也在不断进步。
目前，超宽带通信技术已经成为最具潜力和前景的通信技术之一。
而在军事领域，超宽带通信技术的应用也日益广泛。
一、超宽带通信技术的基本概念超宽带通信技术是目前通信技术的一种新型技术。
所谓超宽带，指的是无需调制和调制解调过程，可以在一定带宽内，传输大量信息的通信技术。
超宽带通信技术的优点在于传输速度快、传输内容多、传输可靠性高等。
二、超宽带通信技术在军事通信中的优势1. 传输速度快：超宽带通信技术的传输速度非常快，可以达到几十甚至上百兆的传输速率，对于军事指挥、通信等应用领域非常优秀。
2. 传输内容多：超宽带通信技术的传输容量非常大，可以传输大量信息，对于军队指挥、情报收集、图像传输等场景非常有用。
3. 传输可靠性高：超宽带通信技术的传输可靠性非常高。
这是因为在传输过程中遇到干扰时，传输信号会被分离成多个不同的频段，被接收端重新组合，从而提高了数据传输的可靠性。
三、超宽带通信技术的应用场景1. 军队指挥通信场景：超宽带通信技术可以大大加快军队指挥的速度和效率，使得部队指挥更加快捷、准确和有效。
2. 情报收集场景：超宽带通信技术可以帮助军方更快地获得情报信息，提升军队对情报收集和分析的能力。
3. 图像传输场景：超宽带通信技术可以传输高清晰度、高质量的图像信息，对于战争前线的实时图像传输非常有用。
4. 军人训练场景：超宽带通信技术可以为军人训练提供高质量的音视频教学材料，使得军人快速掌握必要知识和技能。
四、超宽带通信技术的发展前景随着科技发展的不断深入，超宽带通信技术的发展前景非常广阔。
尤其在军事领域中，超宽带通信技术有着广泛的应用前景。
未来，超宽带通信技术将进一步完善和发展，为军事通信提供更加优秀的支持。
总之，超宽带通信技术是目前最具潜力和前景的通信技术之一，在军事通信中的应用也越来越广泛。
超宽带通信技术在军队指挥、情报收集、图像传输、军人训练等领域中发挥了很大的作用，未来也将会有广阔的发展前景。
超宽带通信技术及其军事应用前景
超宽带通信技术及其军事应用前景超宽带（UWB）通信技术是一种新兴的无线通信技术，可以达到高数据传输速率和高精度定位的目的。
它利用极短的电磁脉冲信号来传输信息，其频谱分布非常宽，使得在相同带宽下，UWB技术传输的信息量可以比传统的窄带通信大数倍，而且它更加隐蔽，难以被侦测出来，因此在军事领域有着广泛的应用前景。
接下来将从技术特点和应用前景两个方面来介绍UWB技术的发展与应用。
1. 技术特点（1）宽带特性：UWB技术通过极短的电磁脉冲信号，使其频谱分布非常宽，可以实现理论上无限宽的带宽。
这就使得UWB技术可以在相同的带宽下传输更多的信息，数据传输速率比传统的窄带通信技术更快。
（2）短距离传输：UWB技术在传输距离上具有优势，主要用于短距离传输，可以有效降低信号强度和传播路径的影响，实现精确定位和高质量通信。
（3）低能量消耗：UWB技术可以在传输过程中降低功率消耗，降低电磁辐射对人体和环境的影响，一方面可以减少能耗，延长电池寿命，另一方面也可以降低电磁干扰。
2. 应用前景（1）超宽带雷达：UWB雷达具有精准测距的能力，使其成为一种理想的雷达技术。
UWB雷达可以实现对目标的三维成像、高分辨率成像等多项功能，它可以在高隐蔽性、高抗干扰环境下完成精确的目标识别和追踪任务，可广泛应用于军事侦察、监控和救援等领域。
（2）军事通信：超宽带技术在军事通信中可以提供更高的数据传输速率和可靠性，满足多种需求，例如实时图像和视频传输、远程控制、传感器数据采集等。
（3）无线身份验证：UWB技术可以用于与传统身份验证系统相结合，提高安全性和鉴别能力，防止身份伪造和欺诈。
UWB身份验证系统可以识别身体任何部位的生物信息（例如心率、呼吸等），从而防止假冒信息的传递。
（4）全球卫星定位系统：UWB技术可以与卫星导航系统相结合，增强定位系统的安全性和精度，为精细定位提供技术支持，可应用于军事导航、控制和指挥等领域。
（5）变频识别：UWB技术可以扫描和识别表面的微小变化，可被应用为一种识别技术。
(完整版)超宽带(UWB)技术
微波通信
到5 dB。 6、定位精确
超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确 定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之 内； 与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相 对位置， 其定位精度可达厘米级。 7、抗干扰性能强(电磁兼容性),误码率低
获的可能性低、系统复杂度低、厘米级的定位精度等优点。 1、简单系统结构
UWB发射器直接用脉冲小型微带天线。由于UWB 不需要对载 波信号进行调制和解调,故不需要混频器、滤波器、RF/ IF 转换器 及本地振荡器等复杂器件,同时更容易集成到CMOS 电路中。 2、高速数据传输
理论上,一个宽度为0的脉冲具有无限的带宽,因此,脉冲信号要想够窄的
微波通信
围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。相反的，超宽 带以基带传输。 UWB通信系统模型见下图。
按照FCC 的规定，从3. 1GHz 到10. 6GHz 之间的7. 5GHz 的带宽 频率为UWB 所使用的频率范围。
微波通信
二、UWB的技术特点 UWB具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截
由于不使用载波,仅在发射窄脉冲时消耗少量能量,从而节约了发 射连续载波时的大量能耗。这一特色还使UWB 可通过缩小脉冲 宽度,在提高带宽的同时而不增加功耗,这打破了过去传输技术中功 耗和带宽成正比的定律。民用的UWB 设备功率一般是传统移动 电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。 军用的UWB 电台耗电也很低。因此，UWB 设备在电池寿命和电
UWB概述
六、UWB发展前景
与当前流行的短距离无线通信技术相比，UWB 具有巨大的数据传输速率优势，最大可以提供高 达1000Mbps 以上的传输速率。UWB技术在无 线通讯方面的创新性、利益性已引起了全球业界 的关注。与蓝牙等无线通信相比， UWB 可以提 供更快、更远、更宽的传输速率，越来越多的研 究者投入到UWB 领域。UWB技术在一些高端技 术领域即在军事需求和商业市场的推动下， UWB 技术将会进一步发展和成熟起来。
技术的研究主要围绕以下几方面展开: 对UWB技术的研究主要围绕以下几方面展开 技术的研究主要围绕以下几方面展开 （1）可控窄脉冲产生技术 ） （2）信道传播特性与信道模型 ） （3）调制技术 ） （4）多址技术 ） （5）信号检测技术等 ）
四、UWB主要特点
与蓝牙和WLAN等带宽相对较窄的传统 无线系统不同，UWB不利用余弦波进行 载波调制而是发送许多小于1ns的脉冲 。 因此这种通信方式具有较宽的频谱、较 低的功率、脉冲化数据，这意味着UWB 引起的干扰小于传统的窄带无线解决方 案，并能够在室内无线环境中提供与有 线相媲美的性能。UWB具有以下特点：
UWB概述
一、什么是UWB
UWB(Ultra-Wide band) 技术也被称之为 “ 超宽带 ” ，又称冲激无线电（Impulse Radio）技术。 UWB与现有的无线技术的显著不同是不需要 UWB 使用载波，而是通过发送纳秒级脉冲来传输 数据，而且信号传输时的功耗仅有几十µW 。 凡是所用带宽与中心工作频率之比大于的 25% 或者是绝对带宽大于 1.5G 赫兹的信号， 就被称之为 “ 超宽带 ”。
二、UWB历史概述
UWB出现于1960年代，但其应用一直仅限于军事、灾害救援搜索 雷达定位及测距等方面。2002年2月，这项无线技术首次获得了 美国联邦通信委员会（FCC）的批准用于民用和商用通信，这项 技术的市场前景开始受到世人的瞩目。自1998年起，FCC对超宽 带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题 开始广泛征求业界意见，在有美国军方和航空界等众多不同意见 的情况下，FCC仍开放了UWB技术在短距离无线通信领域的应用 许可，这充分说明此项技术所具有的广阔应用前景和巨大的市场 诱惑力。 UWB在保证了高数据速率传输的同时解决了移动终端的功耗问题。 因此它被认为是对目前被炒得沸沸扬扬的无线互联（Wi-Fi）技术 最具威胁的技术。
浅谈超宽带技术的
超宽带技术可以用于构建高速、短距离的 无线局域网，提高网络覆盖范围和传输速
率。
智能家居
超宽带技术可以用于智能家居中的无线通 信和控制，例如实现智能照明、智能安防 等功能。
无线个人局域网
超宽带技术可以用于构建高速、短距离的 无线个人局域网，例如实现手机、平板电 脑之间的高速数据传输和同步。
02
超宽带通信系统的组成与工作原理
超宽带通信系统通常由发射机、接收 机、天线等组成。
发射机负责将低频信号进行调制、滤波等 处理，然后通过天线发送出去；接收机则 负责接收天线收到的信号，进行解调、滤 波等处理，恢复出原始信息。
在超宽带系统中，由于信号的带宽 很宽，因此可以具有很高的传输速 率和抗干扰性能。同时，由于信号 的功率谱密度很低，所以对其他设 备的干扰也很小。
浅谈超宽带技术的
2023-11-05
目录
• 超宽带技术概述 • 超宽带技术的基本原理 • 超宽带技术的优势与挑战 • 超宽带技术的应用案例 • 超宽带技术的未来展望
01
超宽带技术概述
定义与特点
定义
超宽带（UWB）是一种无载波通信技术，它利用纳秒至微微 秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此具有频谱宽、穿透力 强、低功耗等特点。
超宽带技术的信号传播特性需要 进一步研究和优化，以提高信号 的覆盖范围和传输质量。
超宽带技术的标准化发展
国际标准
超宽带技术已经逐渐成为国际标准，各种标准化组织正在积极推动超宽带技术的标准化发展。
国家标准
各国政府和标准化组织也在积极推动超宽带技术的国家标准制定和推广，以促进超宽带技术的应用和 发展。
创造新的商业模式
超宽带技术将创造新的商业模式，如基于位置的服务、车联网、 智能制造等，为相关行业带来新的商业机会和发展空间。
超宽带通信技术的原理与应用
超宽带通信技术的原理与应用随着社会的发展，人们对于通信技术的需求越来越高，而超宽带通信技术正是满足人们这种需求的重要手段之一。
本文将从技术原理、应用场景以及未来发展等方面，对超宽带通信技术进行分析和探讨。
一、技术原理
超宽带通信是指一种利用大带宽、短脉冲的无线传播技术。
其工作原理是将信息信号通过调制后转换成短时域脉冲信号，再使用非连续频率的电磁波进行传播，最后通过接收端对信号进行解调还原。
这种通信方式有很强的穿透力和传播能力，能够穿过建筑物和地球等障碍物，即使在恶劣环境下也具有优良的可靠性。
二、应用场景
超宽带通信技术广泛应用于医疗、安防、交通、电源、电信等行业。
其中，医疗领域是应用最为广泛的一个行业。
医疗设备传输的重要数据，如心电图、血氧等数据需要高速和安全的传输。
采用超宽带技术可跨越医院的多个房间，突破WiFi的距离限制和
干扰问题，保证数据实时稳定地传输。
此外，超宽带技术还广泛应用于车联网、无人机、智能家居、安防监控、智慧城市、电力监测等领域。
三、未来发展
随着移动互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术的发展，超宽带通信技术的应用前景仍十分广阔。
未来，超宽带技术将进一步拓展应用场景，如智能交通、智慧农业、智能电网等。
同时，为了满足大带宽、长距离、大数据传输的需求，超宽带技术也将不断加强技术研究，实现高速稳定的数据传输。
总之，超宽带通信技术是一种重要的通信方式，其应用范围也正在不断扩大。
在新一代信息技术的推动下，我们有理由相信，它的未来发展将是光明的，为人类社会的发展和进步做出更加重要的贡献。
uwb超宽带无线通信技术（高精度定位）
uwb超宽带⽆线通信技术（⾼精度定位）UWB(定位技术)超宽带⽆线通信技术⼀、UWB调制技术超宽带⽆线通信技术（UWB）是⼀种⽆载波通信技术，UWB不使⽤载波，⽽是使⽤短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到⼀个频率范围内。
它源于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术。
传统通信⽅式使⽤的是连续波信号，即本地振荡器产⽣连续的⾼频载波，需要传送信息通过例如调幅，调频等⽅式加载于载波之上，通过天线进⾏发送。
现在的⽆线⼴播，4G通信，WIFI等都是采⽤该⽅式进⾏⽆线通信。
下图是⼀个使⽤调幅⽅式传递语⾳信号的的连续波信号产⽣⽰意图。
图1 连续波调幅信号⽽脉冲超宽带IR-UWB(Impluse Radio Ultra Wideband)信号，不需要产⽣连续的⾼频载波，仅仅需要产⽣⼀个时间短⾄nS级以下的脉冲，便可通过天线进⾏发送。
需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度，时间，相位进⾏加载，进⽽实现信息传输。
下图是使⽤相位调制⽅式传输⼆进制归零码的IR-UWB信号产⽣⽰意图。
图2 IR-UWB调相信号从频域上看，连续波信号将能量集中于⼀个窄频率内，⽽UWB信号带宽很⼤，同时在每个频点上功率很低，如图3所⽰。
图3 IR-UWB信号频谱在⽆线定位中，使⽤IR-UWB信号相对于窄带信号的主要优势为，IR-UWB信号能准确分⽴⽆线传输中的⾸达信号和多径反射信号，⽽窄带信号不具备该能⼒。
主要有三种应⽤：成像、通信与测量和车载雷达系统，再宏观⼀点，可以分为定位、通信和成像三种场景。
·通信：因为⼤带宽，所以UWB⼀度被认为是USB数据传输的⽆线替代⽅案，蓝⽛的问题是传输速度太慢。
UWB还常⽤于军⽤保密通信，这主要也是因为UWB脉冲的能量很低，很容易低于噪声门限，不容易被其它⽆线电系统监听到。
UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，能实现数百Mbit/s⾄2Gbit/s 的数据传输速率。
⽽且具有穿透⼒强、功耗低、抗⼲扰效果好、安全性⾼、空间容量⼤、能精确定位等诸多优点，可以说是个超级“潜⼒股”，很有可能在将来成为家庭主⽤的⽆线传输技术。
超宽带技术要求和测试方法
超宽带技术要求和测试方法超宽带技术（Ultra-Wideband，UWB）是一种短距离、高速率的无线通信技术，具有大带宽、低功耗和高抗干扰能力等特点。
它在无线通信领域有着广泛的应用，如无线传感器网络、高清视频传输、室内定位等。
为了确保超宽带技术的性能和可靠性，需要进行相应的技术要求和测试方法的研究和制定。
一、超宽带技术的要求1. 频率范围：超宽带技术的频率范围应在3.1GHz到10.6GHz之间，以满足不同应用场景的需求。
2. 带宽要求：超宽带技术应具备大带宽特性，传输速率应达到100Mbps以上，以满足高速数据传输的需求。
3. 功耗要求：超宽带技术在实际应用中应具备低功耗的特点，以延长设备的续航时间。
4. 抗干扰能力要求：超宽带技术应具备较强的抗干扰能力，以保证在复杂的无线信道环境中能够稳定地传输数据。
5. 安全性要求：超宽带技术应具备一定的安全性能，以防止数据被非法获取或篡改。
二、超宽带技术的测试方法1. 频谱测试：通过频谱分析仪对超宽带技术的频谱进行测试，检测其频率范围是否满足要求。
2. 带宽测试：利用测试设备对超宽带技术的传输速率进行测试，检测其是否达到100Mbps以上。
3. 功耗测试：通过电流表或功率计等测试设备对超宽带技术的功耗进行测试，检测其是否符合低功耗要求。
4. 抗干扰测试：通过在复杂的无线信道环境下进行实验，测试超宽带技术在不同干扰条件下的性能表现，评估其抗干扰能力。
5. 安全性测试：通过搭建安全性测试平台，对超宽带技术进行安全性测试，检测其是否存在安全漏洞。
6. 传输距离测试：通过在不同距离下进行数据传输实验，测试超宽带技术的传输距离限制。
7. 灵敏度测试：通过在不同信噪比下进行实验，测试超宽带技术的灵敏度，评估其在弱信号环境下的表现。
8. 时延测试：通过对超宽带技术的数据传输时延进行测试，评估其实时性能。
9. 兼容性测试：通过与其他无线通信技术进行兼容性测试，确保超宽带技术能够与其他技术共存。
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超宽带（UWB）技术一、UWB技术简介UWB(Ultra Wide Band)是一种短距离的无线通信方式。
其传输距离通常在10m以内，使用1GHz以上带宽，通信速度可以达到几百Mbit/s以上。
UWB不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此，其所占的频谱范围很宽，适用于高速、近距离的无线个人通信。
美国联邦通讯委员会(FCC)规定，UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz，最小工作频宽为500MHz。
超宽带传输技术和传统的窄带、宽带传输技术的区别主要有如下两方面：一个是传输带宽，另一个是是否采用载波方式。
从传输带宽看，按照FCC的定义：信号带宽大于1.5G或者信号带宽与中心频率之比大于25％的为超宽带。
超宽带传输技术直接使用基带传输。
其传输方式是直接发送脉冲无线电信号，每秒可以发送数1O亿个脉冲。
然而，这些脉冲的频域非常宽，可覆盖数Hz～数GHz。
由于UWB发射的载波功率比较小，频率范围很广，所以，UWB对传统的无线电波影响相当小。
UWB的技术特点显示出其具有传统窄带和宽带技术不可比拟的优势。
二、UWB技术的发展历程现代意义上的超宽带UWB 数据传输技术，又称脉冲无线电( IR ， Impulse Radio) 技术，出现于1960年，当时主要研究受时域脉冲响应控制的微波网络的瞬态动作。
通过Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究， UWB 技术在70 年代获得了重要的发展，其中多数集中在雷达系统应用中，包括探地雷达系统。
到80 年代后期，该技术开始被称为"无载波"无线电，或脉冲无线电。
美国国防部在1989 年首次使用了"超带宽"这一术语。
为了研究UWB在民用领域使用的可行性，自1998 年起，美国联邦通信委员会( FCC) 对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题开始广泛征求业界意见，在有美国军方和航空界等众多不同意见的情况下，FCC 仍开放了UWB 技术在短距离无线通信领域的应用许可。
这充分说明此项技术所具有的广阔应用前景和巨大的市场诱惑力。
2003年12月，在美国新墨西哥州的阿尔布克尔市举行的IEEE有关UWB标准的大讨论。
那时关于UWB技术有两种相互竞争的标准，一方是以Intel与德州仪器为首支持的MBOA标准，一方是以摩托罗拉为首的DS-UWB标准，双方在这场讨论中各不相让，两者的分歧体现在UWB技术的实现方式上，前者采用多频带方式，后者为单频带方式。
这两个阵营均表示将单独推动各自的技术。
虽然标准尘埃未定，但摩托罗拉已有了追随者，三星在国际消费电子展上展示了全球第一套可同时播放三个不同的HSDTV视频流的无线广播系统，就采用了摩托罗拉公司的Xtreme Spectrum芯片，该芯片组是摩托罗拉的第二代产品，已有样片提供，其数据传输速度最高可达114Mbps，而功耗不超过200mw。
在另一阵营中，Intel 公司在其开发商论坛上展示了该公司第一个采用90nm技术工艺处理的UWB芯片；同时，该公司还首次展示多家公司联合支持的、采用UWB芯片的、应用范围超过10M的480Mbps无线USB技术。
在5月中旬由IEEE802.15.3a工作组主持召开的标准大讨论会议上对这种技术进行投票选举UWB标准，MBOA获得60%的支持，DS-UWB获取40%的支持，两者都没有达到成为标准必须达到75%选票的要求。
因此标准之争还要持续下去。
美国在UWB的积极投入，引起欧盟和日本的重视，也纷纷开展研究计划。
由Wisair、Philips等六家公司和团体，成立了Ultrawaves组织，研究家庭内，UWB在AV设备高速传输的可行性研究。
位于以色列的Wisair多次发表所开发的UWB芯片组。
STMicro、Thales集团和摩托罗拉等10家公司和团体则成立了UCAN 组织，利用UWB达成PWAN的技术，包括实体层、MAC层、路由与硬件技术等。
PULSERS是由位于瑞士的IBM研究公司、英国的Philips研究组织等45家以上的研究团体组成，研究UWB的近距离无线界面技术和位置测量技术。
日本在2003年元月成立了UWB研究开发协会，计有40家以上的学者和大学参加，并在同年3月构筑UWB通信试验设备。
多个研究机构可在不经过核准的情况下，先行从事研究。
中国在2001年9月初发布的"十五"国家863计划通信技术主题研究项目中，首次将"超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术"作为无线通信共性技术与创新技术的研究内容，鼓励国内学者加强这方面的研究工作。
在UWB的专业IC设计公司已有数家，如Time Domain，Wisair，Discrete Time Communications.最具代表性的Xtreme Spectrum在2003年夏天被摩托罗拉并购，该公司在2002年7月推出芯片组Trinity及其参考用电路板，芯片组由MAC、LNA、RF、Baseband所组成，耗电量为200mW，使用3.1G至7.5GHz频段，速度为100Mbps。
为了争夺未来的家庭无线网络市场，许多厂商都已推出了自己的网络产品，如Intel 的Digital Media Adapter，Sony的RoomLink(这两种适配器应用的是802.11)，Xtreme Spectrum 则推出了基于UWB 技术的TRINITY芯片组和一些消费电子产品。
而Microsoft推出了WindowsXP Media Center Edition以确保PC 成为智能网络的枢纽。
三、UWB技术特点及优势（1）传输速率高：理论上，一个宽度趋于0的脉冲具有无限的带宽，因此，UWB即使把发送信号功率谱密度控制得很低，仍可实现高达100Mbit/s—500Mbit/s的传输速率。
在民用方面，UWB脉冲宽度一般为纳秒级。
如果一个脉冲代表一个数位，那么，理论上UWB可达1Gbit/s的速率，这样在实际中实现100Mbit/s以上的速率是完全可能的。
（2）发射功率低、功耗小：因为不使用载波．UWB仅在发射窄脉冲时消耗少量能量。
从而省略了发射连续载波的大量功耗。
这使得UWB在通过缩小脉冲宽度的同时提高带宽，并且不增加功耗。
这就打破了过去任何一项传输技术的功耗和带宽成正比的定律。
在短距离应用中，UWB发射机的发射功率通常低于1mw，这也是FCC为了避免对其它设备造成干扰而对UWB做出的技术指标要求。
虽然现在实际上使用芯片实现后的整体电路能耗在300mw左右，但随着技术的不断成熟和进步，这项指标随之会降下来。
（3）UWB通信的保密性强：作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。
由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且大多数情况下，UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。
采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。
（4）UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落：多径衰落是指反射波和直射波叠加后造成的接收点信号幅度随机变化，而UWB系统每次的脉冲发射时间很短，在反射波到达之前，直射波的发射和接收已经完成。
因此，UWB系统特点适合于高速移动环境下使用。
更重要的是，UWB通信又被称为是无载波的基带通信，UWB通信系统几乎实现了全数字化，所需要的射频和微波器件很少，这样可以减小系统的复杂性，降低成本。
（5）定位精准：采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。
超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内；与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级，此外，超宽带无线电定位器更为便宜。
（6）工程简单，造价便宜：在工程实现上，UWB比其它无线技术要简单得多，可全数字化实现。
它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，设备的成本将很低。
四、UWB技术的应用UWB的用途主要可分为军事和民用两个方面。
UWB技术原本是为军事目的而开发，但巨大的民用市场使得UWB被批准对民用开放后迅速成为民用通信的研究热点。
1、军事应用（1）军事通信军事通信的要求呈现出大容量、低截获（LPI/D）、高速率的特征，UWB可以满足这些要求。
（2）军事雷达与导航UWB技术可以实现雷达、定位、通信三种功能相结合的产品，特别适合雷达监测分辨率和小型化的要求，使于安装在小型飞机和移动战车上。
另外，UWB技术在穿墙/地成像探测雷达、警戒雷达、高精度定位导航系统等领域有着广泛的应用价值，这些技术有的在美军中已处于实战配备前的阶段。
2、民用UWB在无线个域网、高速数据传输等方面市场广阔，前景诱人。
其应用发展趋势将主要集中在以下几个方面。
（1）无线个人空间网络（WPAN）也被称作家庭网络，是UWB的主要发展方向之一。
如今，家庭电子消费产品层出不穷，随着网络技术的发展，人们希望将家庭娱乐系统与Internet连接到一起，可以在任何地方使用。
因此，将Ad hoc网络技术、IEEE1394接口标准与UWB传输技术相结合，把家庭娱乐设备、通信设备、计算机连接在一起构成家庭多媒体网络，非常有发展前景。
（2）无线Ad hoc网络UWB本身固有的优点可以显著提高无线Ad hoc网络的性能。
扩展它的应用范围。
UWB抗多径干扰的鲁棒性解决了困扰无线Ad hoc网络多年的难题；UWB的低发射功率使得基于UWB的无线Ad hoc网络可与现有网络共存，节省宝贵的频谱资源，提高了数据速率，从而使得大规模传感器网络的应用成为可能。
（3）无线USB（WUSB）WUSB技术是基于超宽带无线通信技术的全新通信标准，它通过USB接口和最先进的无线通信技术扩展了设备之间的连通性。
在继承传统有线USB2.0标准所具有的较高传输速率优势的同时，充分利用UWB传输技术的灵活性和极高的自由度，能在3m的距离内实现480Mbit/s的等效带宽，兼顾了安全性、可靠性、降低功耗等特性。
（4）智能无线局域网智能无线局域网的基本要求是提供一个低成本、低功耗、的智能传输网。
UWB系统可以方便的应用于无线局域网。
如智能交通系统中，提供高性能、低成本的解决方案。
（5）车载雷达系统基于超宽带技术的传感系统可提高传统近距离移动传感器的分辨率，依靠超宽带的高质量准确性和区分目标的功能，智能碰撞避免和巡航控制系统时代已为时不远了。
（6）室外对等网这种网络主要是用在室外满足掌上电脑的数据交换、数字报亭报刊文献的快速下载、音像制品的租售等，这些实用价值构成了UWB应用的一个巨大潜在市场。