超寬帶UWB（Ultra-Wide Band）是一種短距離、高帶寬頻譜、低功率譜密度的無(wú)線通信技術(shù)。該技術(shù)最早被用于軍事領(lǐng)域（主要是雷達(dá)系統(tǒng)），目前被廣泛應(yīng)用在無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）中，即在個(gè)人操作空間（POS，Personal Operating Space）內(nèi)使用UWB無(wú)線通信技術(shù)。
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一、UWB技術(shù)概述
1、UWB技術(shù)的概念
在1989年美國(guó)國(guó)防部首次使用了“超寬帶”（UWB）這一術(shù)語(yǔ)，其概念是指產(chǎn)生、傳輸、接收一段持續(xù)時(shí)間非常短（可達(dá)納秒（ns）到皮秒（ps）級(jí)）的爆發(fā)式射頻能量脈沖。通過(guò)傅里葉變換理論知道，這樣的時(shí)域脈沖在頻域中有很寬的帶寬。由該概念可知，最早的UWB技術(shù)是基于脈沖的技術(shù)，后來(lái)隨著UWB技術(shù)的發(fā)展，也有基于載波的技術(shù)等，因此：
在2006年ITU-R建議書SM.1755《超寬帶技術(shù)特性》中，給出的超寬帶（UWB）技術(shù)的定義是：用于短距離無(wú)線電通信的技術(shù)，其中涉及在極大頻率范圍內(nèi)分布的射頻能量的有用生成和發(fā)射，此頻率范圍可能與分配給無(wú)線電通信業(yè)務(wù)的若干頻帶相重疊。使用超寬帶技術(shù)的設(shè)備的天線一般生成兩種有意輻射：至少500MHz的–10dB帶寬或大于0.2的–10dB部分帶寬。
2、UWB技術(shù)的起源
用超寬帶技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，大約出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，那時(shí)的名稱有脈沖無(wú)線電（IR，Impulse Radio）、基帶（Baseband）傳輸技術(shù)、無(wú)載波（Carrier Free）技術(shù)等。當(dāng)時(shí)研究主要是受時(shí)域脈沖響應(yīng)控制的微波網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)行為。在20世紀(jì)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。美國(guó)國(guó)防部在1989年首先使用了“超寬帶”（UWB）這一術(shù)語(yǔ)。
UWB技術(shù)一直是美國(guó)軍方使用的作戰(zhàn)技術(shù)之一，直到2002年4月22日，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了民用的超寬帶技術(shù)，并且給出了超寬帶信號(hào)的定義。定義相對(duì)帶寬大于20%~25%，或絕對(duì)帶寬大于500MHz的信號(hào)為超寬帶。
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后來(lái)，在超寬帶（UWB）技術(shù)轉(zhuǎn)為民用之后，隨著無(wú)線電通信新技術(shù)和系統(tǒng)方案的不斷采用，在原有基于脈沖無(wú)線電超寬帶（IR-UWB）技術(shù)外，又涌現(xiàn)了基于載波的UWB技術(shù)、基于直擴(kuò)碼分多址（DS-CDMA）的UWB技術(shù)和基于多頻帶跳頻的UWB技術(shù)（FH-UWB），等等。
下附錄1是對(duì)UWB技術(shù)的發(fā)展歷史有一個(gè)比較具體的介紹，若要詳細(xì)了解請(qǐng)查閱。
附錄1：超寬帶（UWB）技術(shù)的發(fā)展歷史介紹
二、UWB技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化
在2002年4月22日，超寬帶技術(shù)被美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)為民用后，其超寬帶（UWB）技術(shù)在通信領(lǐng)域，尤其是在無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化，主要是由IEEE 802.15工作組（WG）來(lái)進(jìn)行的，主要是研究制定超寬帶技術(shù)的無(wú)線媒體訪問(wèn)控制（MAC）和物理層（PHY）的規(guī)范，即空中接口的規(guī)范。為此，IEEE 802.15工作組又下設(shè)了兩個(gè)任務(wù)組（TG）來(lái)從不同方向上研究的。具體情況是：
1、IEEE 802.15.3a
組建于2002年12月的任務(wù)組TG3a，主要從事高數(shù)據(jù)率的UWB技術(shù)（HR-UWB）的標(biāo)準(zhǔn)化。然而，IEEE 802.15.3a的標(biāo)準(zhǔn)化并沒(méi)有完成，但其最大貢獻(xiàn)是把23個(gè)UWB物理層標(biāo)準(zhǔn)合并成了兩大建議：MB-OFDM UWB和DS-UWB。最后由于支持各自標(biāo)準(zhǔn)的兩大工業(yè)聯(lián)盟MBOA聯(lián)盟和UWB論壇無(wú)法達(dá)成一致，致使802.15.3a的制定工作陷入停頓。不過(guò)在2007年，WiMedia的MB-OFDM UWB標(biāo)準(zhǔn)被ISO批準(zhǔn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
欲具體了解WiMedia聯(lián)盟和MBOA聯(lián)盟介紹的請(qǐng)進(jìn)入。
2、IEEE 802.15.4a
組建于2004年3月的任務(wù)組TG4a，主要從事低數(shù)據(jù)率的UWB技術(shù)（LR-UWB）的標(biāo)準(zhǔn)化。最終選定了Nanotron Technologies GmbH公司的寬帶線性調(diào)頻擴(kuò)頻（CSS，Chirp Spread Spectrum）物理層技術(shù)作為基本的物理層標(biāo)準(zhǔn)，于2007年3月22日被IEEE-SA批準(zhǔn)為正式標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.15.4a-2007，發(fā)布于8月31日。IEEE 802.15.4a-2007作為IEEE 802.15.4-2006的一個(gè)修正案，在2011年對(duì)IEEE 802.15.4-2006修訂時(shí)，納入到了IEEE 802.15.4-2011版本之中。
下附件2對(duì)上述IEEE 802.15.3a和IEEE 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)化情況及其相關(guān)技術(shù)，做了比較具體的介紹，若要詳細(xì)了解請(qǐng)查閱。
附件2：關(guān)于無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）用超寬帶（UWB）技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化
三、UWB技術(shù)的分類
依據(jù)ITU-R建議書SM.1755，UWB技術(shù)，從具體應(yīng)用方面分類，分為雷達(dá)成像系統(tǒng)；車載雷達(dá)系統(tǒng)；檢測(cè)系統(tǒng)；測(cè)量系統(tǒng)；位置遙感與跟蹤系統(tǒng)；通信系統(tǒng)等六大類。
根據(jù)UWB技術(shù)所傳輸數(shù)據(jù)速率方面分類，可分為高數(shù)據(jù)率的UWB技術(shù)（HR-UWB）和低數(shù)據(jù)率的UWB技術(shù)（LR-UWB）。對(duì)于HR-UWB的物理層實(shí)現(xiàn)機(jī)理，又可分為基于脈沖的USB技術(shù)（IR-UWB）和基于載波的UWB技術(shù)。而基于載波的UWB技術(shù)進(jìn)一步可分為單載波USB技術(shù)、雙載波UWB技術(shù)和多帶UWB技術(shù)（MB-OFDM）。
欲詳細(xì)了解相關(guān)高速UWB技術(shù)的請(qǐng)進(jìn)入：IR-UWB；MB-OFDM UWB；基于單載波和雙載波的UWB
另外，根據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，LR-UWB技術(shù)是基于脈沖無(wú)線電（IR）的技術(shù)方案的。
欲詳細(xì)了解LR-UWB技術(shù)內(nèi)容的請(qǐng)進(jìn)入。
四、UWB技術(shù)的特性
ITU-R建議書SM.1755《超寬帶技術(shù)特性》對(duì)超寬帶技術(shù)的特性進(jìn)行了描述。其一般特性在SM.1755附件2中進(jìn)行了了詳細(xì)的描述；在研究使用超寬帶技術(shù)的設(shè)備（目前未被視為在分配給無(wú)線電通信業(yè)務(wù)的頻帶中工作的設(shè)備）對(duì)無(wú)線電通信系統(tǒng)的影響時(shí)，應(yīng)考慮SM.1755附件3中所含的技術(shù)和操作特性。SM.1755建議書描述的這些特性請(qǐng)查閱下附件4，這里不再做重復(fù)介紹。
附件4：ITU-R SM.1755（05/2006）《超寬帶技術(shù)特性》
五、UWB技術(shù)的相關(guān)技術(shù)要求
1、工作頻率
由前述的UWB技術(shù)的分類，對(duì)于應(yīng)用于WPAN的通信系統(tǒng)的UWB技術(shù)，它們各自物理層采用的是不同的無(wú)線技術(shù)，因而，不同類型的UWB技術(shù)所使用的工作頻率范圍是不相同的，一個(gè)共同的特點(diǎn)是它們都采用了高帶寬的頻譜范圍。
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2、工作帶寬
按照美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）對(duì)于信號(hào)帶寬的“超寬帶”、“寬帶”和“窄帶”的定義詳見(jiàn)下表5-1，可見(jiàn)UWB的帶寬明顯大于目前所有無(wú)線通信技術(shù)的帶寬。
表5-1：FCC對(duì)于信號(hào)帶寬的定義
如果用fH、fL分別表示能量功率譜密度的上、下限頻率（FCC規(guī)定為功率譜密度衰減為-l0dB的輻射點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的高低端頻點(diǎn)）。絕對(duì)帶寬指fH ~ fL，也稱能量帶寬；相對(duì)帶寬，也稱分?jǐn)?shù)帶寬（Fractional Bandwidth），則定義為下式，其中（fH + fL）/ 2為中心頻率fC。
（fH - fL）/（fH + fL）/ 2
按照ITU-R建議書SM.1755的規(guī)定：使用超寬帶技術(shù)的設(shè)備的天線一般生成兩種有意輻射：至少500MHz的–10dB帶寬或大于0.2的–10dB部分帶寬。其中：500MHz的–10dB帶寬也稱為B-10帶寬；0.2的–10dB部分帶寬也稱為μ-10帶寬。
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3、等效各向同性輻射功率（EIRP）限制
由于UWB技術(shù)涉及在極大頻率范圍內(nèi)分布的射頻能量的有用生成和發(fā)射，此頻率范圍可能與分配給無(wú)線電通信業(yè)務(wù)的若干頻帶相重疊。因此，為避免對(duì)其它現(xiàn)存通信系統(tǒng)潛在的可能干擾，FCC對(duì)其輻射功率作出了嚴(yán)格的限制，將其等效各向同性輻射功率（EIRP）限制在-41.3dBm/MHz以下，相當(dāng)于帶寬為1MHz的輻射體在3m距離處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)不得超過(guò)500μV/m，功率譜密度小于75 nW/MHz。下圖5-3-1所示的是FCC制定的UWB設(shè)備室內(nèi)和室外輻射功率的限制指標(biāo)，圖中包含了對(duì)帶外輻射的限制。另外，下圖5-3-2給出了UWB技術(shù)與其它無(wú)線通信技術(shù)（如GPRS、移動(dòng)蜂窩系統(tǒng)、WLAN等）的產(chǎn)品存在同頻和鄰頻干擾的示意圖（按UWB技術(shù)采用3.1~10.6GHz頻譜帶寬）。
圖5-3-1：FCC制定的UWB設(shè)備的輻射掩蔽
圖5-3-2：UWB技術(shù)與其它無(wú)線通信技術(shù)的鄰頻干擾示意圖
4、UWB設(shè)備的技術(shù)要求
在ITU-R建議書SM.1755中，給出了應(yīng)用于通信領(lǐng)域的UWB設(shè)備的一般技術(shù)要求，分為設(shè)備G~設(shè)備K共五種類型設(shè)備分別給出的。對(duì)于設(shè)備分類的含義和它們的相關(guān)技術(shù)要求具體詳見(jiàn)該建議書原文，即就附件。
另外，我國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 2237《超寬帶（UWB）設(shè)備技術(shù)要求和測(cè)試方法》也規(guī)定了我國(guó)使用超寬帶（UWB）技術(shù)的發(fā)射機(jī)、收發(fā)信機(jī)和接收機(jī)的相關(guān)技術(shù)要求。
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