UWB(Ultra Wideband)无线通信是一种不用载波，而采用时间间隔极短(小于1ns)的脉冲进行通信的方式，也称做脉冲无线电( Impulse Radio)、时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信。

      与普通二进制移相键控(BPSK)信号波形相比，UWB方式不利用余弦波进行载波调制而发送许多小于1ns的脉冲，因此这种通信方式占用带宽非常之宽，且由于频谱的功率密度极小，它具有通常扩频通信的特点。

      不要说BPSK等信号，即使与通常的扩频信号(2.4GHz频段无线LAN的几十MHz带宽)相比，也是超宽带宽(数GHz带宽)。功率谱密度比之扩频信号(2.4GHz无线LAN低于10mW/MHz)，UWB信号也低得多(低于10nW/MHz)，在与其它系统共存时，不仅难产生干扰，而且还有抗其它系统干扰的优点。而且由于脉冲的时间宽度极小，故能把多路径分得更小，能实现RAKE接收(汇集接收许多方向的电波)。不过，UWB采用大量由1ns以下脉冲(单周期)组成的基带信息，因此当多重接入(Multiple Access)时，与其它局的单周期冲突时将出错。这种冲突概率是左右误码率等系统性能的主要因素。

      UWB特点

      UWB的特点是不使用携载信息信号的载波而代之以单周期的基带信号进行传送。由于占用带宽达数GHz，即使传送路径特性良好也会产生失真。但是，由于UWB采用非常宽的带宽，它具有以下特点：

      ①可以把多路径的时延分解到1ns以下，这样就能充分抑制多路径衰落的影响；

      ②利用高的路径分解能力，可用UWB实现室内的高质量近距离无线通信；

      ③衰落影响的降低，故发送功率很小即可；

      ④发送功率低的UWB中，功率谱密度非常小，故几乎不对其它宽带传输带来影响。

      UWB的物理特点：

      ①UWB信号

      ●单周期的脉冲序列

      ●不用余弦波的载波(也有使用广义上的载波者)

      ●通常，脉冲时宽从微微秒到纳秒

      ●典型的脉冲波形为高斯型

      ●脉冲重复周期通常间隔0.1秒

      ②UWB带宽

      ●带宽比=带宽/中心频率，通常在25%以上

      带宽比

      ●fc=2.4GHz,fh=3.0GHz,fl=1.8GHz时，带宽比=50%,试与以往的通信方式比较：

      AM：6.8KHz/530KHz=1.3%

      cdmaOne:1.25MHz/800MHz=0.15%

      W-CDMA:5MHz/2200MHz=0.23%

      无线LAN(IEEE802.11)：22MHz/2450MHz=0.9%

      ③处理增益(PG)

      UWB系统在占用同样带宽下具有与DS-CDMA系统同等程度的处理增益，故抗干扰能力强。

      ④通信容量

      使用GHz级带宽的UWB可以高可靠性实现超高速传输(后述)。

      UWB在实用上的特点：

      ①功率谱密度极低(噪声电平低于DC-SS)，对原有通信系统的干扰和被干扰小，可共存

      ②平均功率电平在1mW以下，可传送数英里

      ③利用极短的脉冲(ns量级)，具有高的路径分解能力，有利于实现RAKE，并可实现雷达的高精度测距(数cm级)。

      ④无载波，信号发射时间极短，可建立小型低功率的系统。

      ⑤占用非常宽的带宽(GHz级)，可实现大容量多路接入和超高速传输(<数百Mbps)

      ⑥能同时进行通信与测距，可应用于车辆间通信等。

      采用这么宽的频带能实现高速传送的道理可用仙农引入的信道容量来说明。无论有线或无线的情况，物理上能对所提供的每个信道进行无误传送的最大传输速度，被定义为信道容量。特别地，在可传输的频段B受限，而有噪音产生误码的信道中，信道容量C由下式表示：

      式中C=最大信道容量(bps),B=信道带宽(Hz)，

      P=信号功率(W)，N=噪音功率(W)

      这就是说，最大传输速度C大致与信道的带宽B成正比，如提高信噪比，C就能增大。所以，像UWB这样把带宽B扩展到GHz数量级，便能实现超高速传输。

      至于信道中的误码，在通常的无线通信中并不仅是噪音，还有墙壁等障碍物的电波反射和折射等造成的多重传播，即所谓多径(Multi-path)造成信号间的干扰。而且在多个用户接入无线信道，即所谓多重接入时，用户间的脉冲在时间上冲突引起用户间干扰，也会产生误码。为此，在UWB中，对各个用户进行时跳模式(TH)的分配，以尽可能避免脉冲在时间上的冲突。尽管如此，但他局脉冲与本局脉冲冲突的概率仍决定着系统的性能，因此，在传输速度一定的条件下，如能扩大脉冲的间距，那么，UWB的系统性能会更好。

      UWB技术更早是作为脉冲雷达来研究开发的。用UWB信号测距的原理很简单，当所发送的脉冲碰到障碍物，计算收到其反射信号的时间，用电磁波的传输速度乘以该脉冲的往返时间，便能计算出往返的距离。

      虽然UWB在过去已进行了应用开发，但要商用化应研究的课题尚多，大致有以下各点：

      ①在超宽频段产生时间极短脉冲的电路、元件以及超宽频段天线、高频电路的制造；

      ②接收时每个脉冲位置的检测精度；

      ③多径环境下脉冲信号间的干扰；

      ④多用户环境下脉冲冲突产生的用户间的干扰(系统内干扰)

      ⑤共用频率(共存系统)产生的系统间干扰；

      UWB的应用

      近年来，对移动信息通信系统的大容量、高可靠和高品质化的要求普遍迅速增大，多种多样的服务正在出现。在宽带无线通信系统已引入了宽带CDMA的IMT2000及其下行宽带流的HDR，在无线LAN中已开发了2.4GHz频段采用SS(扩频)方式的IEEE801.11b及采用FH(跳频)的蓝牙，5.2GHz频段采用OFDM(正交频分复用)的HyperLAN2及IEEE802.11a，以及可说是2.4GHz版的IEEE802.11g等，并正在商用化。

      这些方式都使用宽带的调制方式，也能实现高速无线传输。而不用载波、用占用非常宽的频带的脉冲信号进行无线传输的UWB方式，由于高频器件、信号处理技术的研究开发已增加了实现性，在领先研究者中对其理论的可行性极为关注。

      充分利用UWB特点的应用已在研究中。尤其是考虑到电波法对发送功率的限制等，在目前使用蓝牙等技术的近距离无线市场中，可实现更高速的基带无线通信，且具有传感功能的UWB技术，一下子就受到了人们的关注。可考虑的主要应用包括室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等。尤其是可考虑以下应用：

      1)通信

      ●数据速度：低速(几十kbps)~超高速(数百Mbps)

      ●通信范围：几米(约5米)

      ●“第3代”蓝牙发展或无线PAN(个人局域网)

      ●IEEE802.15(无线PAN)

      ●把TG3(达到20Mbps)规范高速化

      ●家庭内为主要的数据传输

      ●近距离100Mbps以上的无线传输

      ●无线USB2.0

      ●数据速率：480Mbps(USB2.0)

      ●美国XtreheSpectrum及Tiue Domain公司的UWB技术方案

      2)雷达、检测器

      ●军事用途

      ●警察及消防(穿墙检测器等)

      ●高精度测距(防撞检测器等)

      UWB的应用目标如图1所示，在100Mbps左右的高速无线系统中，功耗可比IEEE802.11a.b.g等大为降低，可应用于电池驱动的便携式系统。

      UWB的法制化

      在对UWB商用化的关注中，电波法上的问题已开始打通。表1列出美国对UWB商用化的积极行动。就2002年2月14日美国FCC认可UWB商用问题，各国都在进行修改电波法等的研究。美国迄今的情况可归纳如下：

      ① 虽未准许有组织的允许频段外的发射但FCC已在准许无执照系统的UWB商用化方面进行了研究。为此，必须放弃有关有组织发射的FCC Part15规定。

      ②目前的RF信道分配限制预料今后已不适用，另一方面FCC正在研究保护GPS等现有系统免受有害干扰的对策。表明在采用新规定之前要有充分的机会进行试验、分析。

      ③这些试验既对频率资源的有效利用作用重大，也将成为正式引入商用UWB系统的巨大牵引力。

      FCC关于UWB商用化的讨论中，根本的问题是对现有无线应用系统的干扰问题，研究的主要问题如下：

      应避免UWB干扰的频段

      ①基本要点

      ●在对UWB系统限制的同时也必需对噪音的限制制度化

      ●必须考虑与现有系统的共存，特别应考虑对敏感系统的低功率干扰

      ●特别是对射电天文、GPS、UMTS、航空系统等是否禁止频率共用，必须十二分地限制。

      ●受到限制的频段有65个

      ②对GPS的干扰

      ●卫星的地面接收信号功率大致为-134dBm(10~16W)

      ●典型的GPS接收灵敏度：-135dBm@1575.42MHz

      ●UWB信号引起的干扰在30~100m的近距离上将有问题

      ●因此，必须严格限制UWB信号的频段或改善具干扰抑制功能的UWB发射机。

      ③对射电天文的干扰

      ●射电天文由于靠来自宇宙的极其微弱的电信号观测天文现象，从来都大量使用微波、毫米波段的无线通信系统，当对观测的干扰明显时，国际机构URSI也将讨论其对策

      ●担心UWB信号，尤其是宽频段上、峰值功率高的脉冲信号对射电天文带来干扰。

      考虑到这些情况，目前FCC正在研究UWB用的频带及相关的技术条件，并按支持UWB商用化的观点制定具体方案。其大致要点包括：

      ①通信及测量系统

      ●频段：3.1GHz~10.6GHz

      ●室内限定为对等(peer-to-peer)型通信

      ②成象系统

      ●地下探查用雷达、墙内探查、医疗、安全用途等(限制使用者)

      ●960MHz以下、1.99GHz或3.1GHz~10.6GHz

      ③车载雷达系统

      ●汽车防撬雷达等

      ●中心频率高于24.075GHz。

      日本的UWB研究开发

      面对美国主导的UWB商用化，日本基于产业界的要求，出现了一些动向，但尚未成为统一的行动。日本通信综合研究所(CRL)从2002年5月开始UWB特别R&D小组的筹备，8月成立了实施UWB计划的特别小组，全面进行微波到毫米波的UWB研究开发以及技术标准的制定等，并以CRL为中心组成UWB产学官财团，为有关UWB的电波制度的国际协调及日本有关UWB商品化的服务为主要目的，推进产学官的合作研究开发。

      图2示出UWB系统的地位，表2给出系统间的比较。

      UWB产学官财团的目的：

      ●超宽带无线接入系统的研发

      ●通过采用测试台的微波段系统(960MHz、3.1GHz~10.6GHz频段、22GHz~29GHz频段)进行检证试验

      ●未利用频段(亚毫米波~毫米波段)的研发

      ●达到高速数据传输(100Mbps以上)的低成本收发组件及通信方式的确定

      ●希望在信息技术审查/ARIB等方面标准化

      UMB财团的主要研究课题：

      ●频率共用技术

      ●超宽带专用通信方式

      ●高速(100Mbps以上)传输技术

      ●超宽带微波、毫米波器件技术

      ●电波传输特性的了解与模型化

      ●干扰抑制与去除方式

      ●高速脉冲信号处理技术(RF段、BB段)