超宽带无线通信技术的发展

1、技术概述和特点分析

UWB技术最初是1960年美国作为军用雷达技术开发的，早期主要用于雷达技术领域。该技术的发展带动了脉冲检测器等设备的开发，而且该技术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。但在随后的30多年间，UWB技术发展很缓慢，一方面是因为军方的限制让第三方无法开发支持UWB的软件和硬件，此外，UWB技术对其他频带带来的干扰，也阻碍了它的发展步伐。2002年2月，FCC批准了UWB技术用于民用，进而将UWB技术推向了市场前端。

目前的UWB技术根据底层UWB信号的实现形式不同，可分为两大类。一类是基于窄脉冲式的冲激类UWB，即不使用载波，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。这样提出的UWB设计方案称为直接序列CDMA UWB(DS-CDMA UWB)方案。这个方案频谱利用率高，可进行高精度定位和跟踪，抵抗多径衰落能力强，但频谱共享的灵活性较差，不利于与其他窄带系统共存。另外一类是基于调制载波扩频式的载波类UWB，提出的设计方案叫多载波OFDM UWB(MB-OFDM UWB)方案，它采用OFDM技术传输子带信息，提高了频谱的灵活性，但易造成较高的功率峰值与均值比(PAR)，容易产生对其他系统的干扰，因此解决干扰问题是该方案目前最大的难题。两种技术形成了鲜明对立的两大阵营，使得制订面向UWB高速数据传输标准的802.15.3a工作组已经解散。目前，由ITU-RTG1/8工作组来负责UWB高速数据传输的全球统一标准的制订工作。

与其他无线技术相比，UWB具有以下几个技术特性。

其一是高带宽、高传输速率。按照UWB的技术设计，UWB使用的带宽在1 GHz以上，高达几个GHz，数据速率可以达到几十Mbit/s到几百Mbit/s，这样的理论速度高于蓝牙100倍，特别适合局域网或者个域网内设备之间的快速共享数据库以及传送数据。

其次是强大的抗干扰性能，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 802.11a、IEEE 802.11b和蓝牙相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。另外，由于UWB的脉冲非常短(0.1～1.5 ns)，频谱非常宽(数GHz，可超过10 GHz)，能避免多路径传输的信号干扰。

第三是低功耗，UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于1 mW的发射功率实现通信，另外，CDMA-UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按"0"和"1"发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，大大延长了系统电源的工作时间。

2、UWB技术标准进展

从理论上分析，UWB技术优势很明显，但该技术的标准制定进度并不快，而且经历了几次挫折。2006年1月中旬，在美国夏威夷召开的IEEE 802标准组会议上，802.15.3a工作组被宣布解散。该标准工作组成立于2002年，但经过4年的讨论，MB-OFDM和DS-CDMA两个技术主导方案一直无法彼此妥协。Intel和Motorola等一些巨头之间进行了针锋相对的标准之争，使得UWB技术的商用步伐大为延缓，无法达成一致意见，各个公司在技术的开发上仍然自行其事，也就意味着来自Intel业界同盟的笔记本电脑中的UWB与来自Motorola同盟的电视产品中的UWB之间无法兼容。Intel同盟注重于电脑和无线消费品市场，包括照相机和MP3播放器等，相对来说Motorola同盟的产品更多集中于电视、DVD和机顶盒市场。期间业界虽曾提出过融合了两种技术方案的折中方案，但最终还是未能克服厂商之间的意见对立，物理层传输标准草案始终无法出台。至此，IEEE有关高速UWB标准化的工作暂告一个段落，UWB技术标准的制定工作分道而行。

以Freescale公司为代表支持DS-CDMA技术的UWB论坛目前有77家会员，其中有十几家高校和研究所，占了近15%。UWB论坛和Freescale在UWB技术使用方面主推以个人电脑为中心的解决方案，将它看作是连接计算机、外设USB接口的替代技术。

以Intel、TI(德州仪器)等公司为代表支持MB-OFDM的WiMedia联盟已有170多个成员，几乎集中了所有的大型跨国公司和集团，并且得到无线USB和无线1394的支持，这点非常重要，因为UWB未来一个最主要的应用方向就是家庭网络，希望通过UWB技术把家庭电器连接成微微网(Piconet)，使无线设备在WiMedia层汇聚，转变成可在物理层上传输的信号。

2006年蓝牙SIG选择与WiMedia联盟的MB-OFDM技术合作，共同致力于下一代新型蓝牙无线技术的研究开发。新型蓝牙技术将集成UWB技术和蓝牙技术两者的特点，通过