在房間或桌面范圍等10米以下的短距離場(chǎng)所中，UWB（超寬帶）技術(shù)將憑借高速率、低功耗、低成本等優(yōu)勢(shì)獲得大規(guī)模應(yīng)用。
UWB（Ultra-WideBand，超寬帶）已經(jīng)出現(xiàn)了很長(zhǎng)時(shí)間，關(guān)于它的市場(chǎng)狀況也已經(jīng)討論了很久。 目前，國(guó)際上對(duì)UWB技術(shù)的研究仍然如火如荼地進(jìn)行。那么，UWB究竟應(yīng)該在哪些方面發(fā)揮自己的優(yōu)勢(shì)呢？如果說Wi-Fi的應(yīng)用目標(biāo)是10米～100米通信的話， UWB技術(shù)基本上是與之互補(bǔ)的關(guān)系。可以預(yù)見，UWB技術(shù)將憑借高速率、低功耗、低成本等優(yōu)勢(shì)在短距離消費(fèi)電子領(lǐng)域、通信領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。
數(shù)字家庭排頭兵
近年來，UWB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。UWB技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括家庭、辦公室、個(gè)人消費(fèi)電子產(chǎn)品。
在“數(shù)字化家庭”或“數(shù)字家庭網(wǎng)絡(luò)”的概念日益普及的今天，關(guān)注這一概念的消費(fèi)電子廠商試圖用無線網(wǎng)絡(luò)將消費(fèi)者家居中的電器連接起來，使各種大帶寬的Video信息可以在這些電器之間傳遞和交換，為業(yè)務(wù)的快速發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。
在過去幾年里，家庭電子消費(fèi)產(chǎn)品層出不窮。PC、DVD、DVR、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、HDTV、PDA、數(shù)字機(jī)頂盒、MD、MP3、智能家電等大量出現(xiàn)在普通家庭里。如何把這些相互獨(dú)立的信息產(chǎn)品有機(jī)地結(jié)合起來，這是建立家庭數(shù)字娛樂中心一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。UWB在家庭數(shù)字娛樂領(lǐng)域大有用武之地。
未來“家庭數(shù)字娛樂中心”的概念是：住宅中的PC、娛樂設(shè)備、智能家電和Internet都連接在一起，人們可以在任何地方更加輕松地使用它們。舉例來說，家庭用戶存儲(chǔ)的視頻數(shù)據(jù)可以在PC、DVD、TV、PDA等設(shè)備上共享觀看，可以自由地同Internet交互信息；用戶可以遠(yuǎn)程遙控PC，讓它控制信息家電;也可以通過Internet聯(lián)機(jī)，用無線手柄結(jié)合音、像設(shè)備營(yíng)造出逼真的虛擬游戲空間。在這些應(yīng)用領(lǐng)域，UWB技術(shù)無疑是一個(gè)很好的選擇。
UWB在數(shù)字化辦公室的應(yīng)用表現(xiàn)為用無線方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線連接，使辦公環(huán)境更加方便靈活。早期的藍(lán)牙技術(shù)已經(jīng)使某些設(shè)備的無線互聯(lián)成為可能。但由于傳輸速率過低（1Mbit/s以下），只能用于某些計(jì)算機(jī)外設(shè)（如鼠標(biāo)、鍵盤、耳機(jī)等）與主機(jī)的連接。而UWB技術(shù)的高傳輸帶寬可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)和顯示屏、攝像頭、會(huì)議設(shè)備、終端設(shè)備及投影儀之間的無線互連。同樣，UWB技術(shù)在個(gè)人便攜設(shè)備上也將會(huì)有大規(guī)模應(yīng)用。
由于UWB技術(shù)已經(jīng)可以提供相當(dāng)于計(jì)算機(jī)總線的傳輸速率，這樣個(gè)人終端就可以從互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)上即時(shí)下載大量的數(shù)據(jù)，從而將大部分?jǐn)?shù)據(jù)存放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的存儲(chǔ)空間中，而不是保存在個(gè)人終端中。攜帶具有UWB功能的小巧終端，在任何地點(diǎn)都可以接入當(dāng)?shù)氐腢WB網(wǎng)絡(luò)，利用當(dāng)?shù)氐脑O(shè)備（如大屏幕電視、電腦、攝像頭、打印機(jī)等）隨時(shí)構(gòu)成一臺(tái)屬于自己的多媒體計(jì)算機(jī)。取代現(xiàn)有USB接口和1394接口的線纜連接，實(shí)現(xiàn)無線UWB和無線1394將成為UWB技術(shù)最有前途的應(yīng)用。無線USB聯(lián)盟已經(jīng)宣布，物理層使用MB-OFDM（MultiBand-OFDM）方案，這對(duì)于UWB的應(yīng)用將是較好的推動(dòng)。
在軍用方面，UWB技術(shù)主要應(yīng)用于UWB雷達(dá)、UWBLPI／D無線內(nèi)通系統(tǒng)（預(yù)警機(jī)、艦船等）、戰(zhàn)術(shù)手持和網(wǎng)絡(luò)的PLI／D電臺(tái)、警戒雷達(dá)、UAV／UGV數(shù)據(jù)鏈、探測(cè)地雷、檢測(cè)地下埋藏的軍事目標(biāo)或以葉簇偽裝的物體。
技術(shù)特點(diǎn)剖析
由于UWB技術(shù)具有傳輸速率高（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)，已經(jīng)成為無線個(gè)人域網(wǎng)（WPAN）的首選技術(shù)。
● 傳輸速率高
UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且它不單獨(dú)占用現(xiàn)在已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術(shù)使用的頻帶。在軍事應(yīng)用中，可以利用巨大的擴(kuò)頻增益來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、低截獲率、低檢測(cè)率、高安全性和高速的數(shù)據(jù)傳輸。UWB的數(shù)據(jù)速率可以達(dá)到幾十Mbit／s、幾百M(fèi)bit／s，甚至1Gbit/s，高于藍(lán)牙100倍，高于IEEE802.11a和IEEE802.11b。
● 多徑分辨能力強(qiáng)
由于常規(guī)無線通信的射頻信號(hào)大多為連續(xù)信號(hào)或其持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)大于多徑傳播時(shí)間， 多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率。而超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短的單周期脈沖且占空比極低，多徑信號(hào)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(zhǎng)度應(yīng)小于脈沖寬度與傳播速度的乘積。由于脈沖多徑信號(hào)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(hào)的能量。大量的實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)常規(guī)無線電信號(hào)多徑衰落深達(dá)10 dB ～ 30 dB 的多徑環(huán)境， 對(duì)超寬帶無線電信號(hào)的衰落最多不到5 dB。
● 抗干擾性能強(qiáng)
UWB采用跳時(shí)擴(kuò)頻信號(hào)，系統(tǒng)具有較大的處理增益。它在發(fā)射時(shí)將微弱的無線電脈沖信號(hào)分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。接收時(shí)將信號(hào)能量還原出來，在解擴(kuò)過程中產(chǎn)生擴(kuò)頻增益。因此，UWB與IEEE802.11a、IEEE802.11b和藍(lán)牙相比，在同等碼速條件下，具有更強(qiáng)的抗干擾性。
● 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單
當(dāng)前的無線通信技術(shù)所使用的通信載波是連續(xù)的電波，載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化，從而利用載波的狀態(tài)變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過發(fā)送納秒級(jí)脈沖來傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)。UWB發(fā)射器直接用脈沖小型激勵(lì)天線，不需要傳統(tǒng)收發(fā)器所需要的上變頻，從而不需要功率放大器與混頻器，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(jī)也有別于傳統(tǒng)的接收機(jī)，不需要中頻處理，因此，UWB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單。
● 帶寬高
UWB使用的帶寬在1GHz以上，高達(dá)幾個(gè)GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大，并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時(shí)工作。這在頻率資源日益緊張的今天，開辟了一種新的時(shí)域無線電資源。
● 功耗低
UWB 系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時(shí)間很短，一般在0.20ns～1.5ns 之間。UWB有很低的占空因數(shù)，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時(shí)系統(tǒng)的耗電量?jī)H為幾百微瓦～幾十毫瓦。民用的UWB 設(shè)備功率一般是傳統(tǒng)移動(dòng)電話所需功率的1/ 100 左右，是藍(lán)牙設(shè)備所需功率的1/ 20 左右;軍用的UWB 電臺(tái)耗電也很低。因此，UWB 設(shè)備在電池壽命和電磁輻射上，相對(duì)于傳統(tǒng)無線設(shè)備有著很大的優(yōu)越性。
通常情況下，無線通信系統(tǒng)在通信時(shí)需要連續(xù)發(fā)射載波，因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波，只是發(fā)出瞬間脈沖電波，也就是直接按0和1發(fā)送出去，并且在需要時(shí)才發(fā)送脈沖電波，所以消耗電能小。低發(fā)射功率大大延長(zhǎng)了系統(tǒng)電源工作時(shí)間，而且，發(fā)射功率小，其電磁波輻射對(duì)人體的影響也會(huì)很小，應(yīng)用面就廣。
● 定位精確
沖激脈沖具有很高的定位精度。采用超寬帶無線電通信，很容易將定位與通信合一，而常規(guī)無線電難以做到這一點(diǎn)。超寬帶無線電具有極強(qiáng)的穿透能力，可在室內(nèi)和地下進(jìn)行精確定位，而GPS 定位系統(tǒng)只能工作在GPS 定位衛(wèi)星的可視范圍之內(nèi)； 與GPS 提供絕對(duì)地理位置不同，超短脈沖定位器可以給出相對(duì)位置， 其定位精度可達(dá)厘米級(jí)。此外，超寬帶無線電定位器更為便宜。
● 保密性好
UWB的保密性表現(xiàn)在兩方面:一方面是它采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收。
● 工程簡(jiǎn)單造價(jià)便宜
在工程實(shí)現(xiàn)上，UWB比其他無線技術(shù)要簡(jiǎn)單得多，可全數(shù)字化實(shí)現(xiàn)。它只需要以一種數(shù)學(xué)方式產(chǎn)生脈沖，并對(duì)脈沖產(chǎn)生調(diào)制，而這些電路都可以被集成到一個(gè)芯片上，設(shè)備的成本很低。
標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展情況
目前UWB標(biāo)準(zhǔn)化的工作還沒有完成，一些技術(shù)問題需要不斷完善，但它將可能成為新一代WLAN(無線局域網(wǎng))和WPAN（無線個(gè)域網(wǎng)）的技術(shù)基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)超高速寬帶無線接入。
在UWB物理層兩種技術(shù)方案中，DS-UWB（直接序列超寬帶）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（IEEE 1394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(guó)市場(chǎng)銷售。
IEEE 802.15.3a高速UWB的上層協(xié)議由WiMedia Alliance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�后，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Ecma International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/IEC JTC1快速通過。
盡管標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪激烈，但國(guó)際電信聯(lián)盟第一研究組(ITU Study Group 1) 在2006年2月22日給予了UWB全球性監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)(Global Regulatory Standard)的地位。該標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)共享頻帶能量裕度損失的計(jì)算方法、對(duì)于發(fā)射頻譜和帶寬的新定義、對(duì)于自由空間多余發(fā)射的限制、測(cè)量射頻噪聲的頻率獨(dú)立方法、UWB傳送測(cè)量、UWB的關(guān)鍵特性、UWB器件對(duì)其他RF系統(tǒng)的影響，以及UWB系統(tǒng)的框架等內(nèi)容。
業(yè)界認(rèn)為，該標(biāo)準(zhǔn)的最富價(jià)值且最重要的部分，是長(zhǎng)達(dá)800頁對(duì)UWB基于現(xiàn)有RF(射頻)系統(tǒng)影響的描述。它給出了關(guān)于UWB監(jiān)測(cè)方法的精確定義，以及為實(shí)現(xiàn)實(shí)用系統(tǒng)提供了指導(dǎo)方法。據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，歐盟射頻頻譜委員會(huì)已經(jīng)批準(zhǔn)了歐洲的 UWB規(guī)劃，為2007年年初在歐洲采用這一技術(shù)鋪平了道路。
短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)各有千秋
UWB與目前流行的短距離無線通信標(biāo)準(zhǔn)各有千秋，這些技術(shù)之間存在著相互競(jìng)爭(zhēng)，但在某些實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)它們又相互補(bǔ)充，各有各的應(yīng)用領(lǐng)域，其性能比較見表1。　

UWB 系統(tǒng)在很低的功率譜密度的情況下，已經(jīng)證實(shí)能夠在戶內(nèi)提供超過480M bit/s 的可靠數(shù)據(jù)傳輸。與當(dāng)前流行的短距離無線通信技術(shù)相比，UWB 具有巨大的數(shù)據(jù)傳輸速率優(yōu)勢(shì)，最大可以提供高達(dá)1000M bit/s以上的傳輸速率。
市場(chǎng)發(fā)展情況
UWB的技術(shù)和市場(chǎng)都在飛速發(fā)展，2002年2月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）批準(zhǔn)了UWB技術(shù)用于民用；日本于2006年8月開放了超寬帶頻段；在2005年美國(guó)拉斯維加斯消費(fèi)電子展上，韓國(guó)的三星電子、日本的夏普、索尼等都推出了自己的UWB產(chǎn)品。
從2005年開始，我國(guó)在蘇州高新區(qū)的飛思卡爾蘇州技術(shù)中心就已經(jīng)在流水線上批量生產(chǎn)支持UWB技術(shù)的XS110芯片組了。中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）不久前在國(guó)內(nèi)率先完成“UWB 與TD-SCDMA 干擾保護(hù)研究”的研究報(bào)告。今后還將陸續(xù)發(fā)布“UWB 與IMT-2000 FDD”、“UWB 與GSM”、“UWB 與IMT-Advanced”研究報(bào)告。
2006年，已經(jīng)有多家公司可以提供UWB芯片，例如Alereon、Artimi、Staccato、Wisair、Intel、英飛凌等均有各自的UWB芯片解決方案，包括基帶芯片、MAC芯片、RF收發(fā)芯片或集成基帶、MAC和RF的芯片。同時(shí)，很多芯片公司均宣布在2007年推出符合WiMedia認(rèn)證的UWB芯片，并將UWB應(yīng)用拓展到消費(fèi)電子類產(chǎn)品中。在筆記本電腦芯片市場(chǎng)占有絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位的Intel公司，致力于將UWB的主要應(yīng)用無線——USB2.0作為筆記本電腦的標(biāo)準(zhǔn)配置接口。
據(jù)In-Stat預(yù)測(cè)，從2006開始到2008年，UWB設(shè)備將以每年400%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。美國(guó)UnstrungInsider公司也預(yù)測(cè)，2007年全球基于UWB的電子產(chǎn)品和芯片組的出貨量將達(dá)到4500萬個(gè)，而這一市場(chǎng)可能會(huì)增長(zhǎng)到6.3億美元。
我國(guó)同先進(jìn)國(guó)家相比較，在無線通信領(lǐng)域仍處于待開發(fā)狀態(tài)，通過UWB技術(shù)的研究，可以充分發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，研究將會(huì)更有方向性和針對(duì)性。開發(fā)UWB研究對(duì)我國(guó)在該研究領(lǐng)域擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和相關(guān)產(chǎn)品、建立新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，具有重大意義。
鏈接
超寬帶（Ultra Wideband，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。該技術(shù)是一種新穎的無線通信方式，成為短距離無線高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N解決方案。國(guó)際電信聯(lián)盟第一研究組(ITU Study Group 1)宣布，UWB成為“全球性監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)”，這意味著開發(fā)USB應(yīng)用將成為全球業(yè)界競(jìng)相追逐新的技術(shù)熱點(diǎn)，目前已經(jīng)引起了人們極大的關(guān)注和興趣。