针对UWB的全面介绍和解析

什么是UWB

UWB是指UltraWide-Band（超宽带），是一种新型的无线通信技术。在频谱范围内，尽管使用无线通信，但其数据传输速度可以达到每秒数百兆比特。 UWB技术利用超宽的基带脉冲，具有极宽的频谱进行通信，因此也被称为基带通信技术和无线载波通信技术。主要用于低拦截率/低探测率的军用雷达、定位和通信系统。

UWB特点

UWB技术解决了困扰传统无线通信技术多年的主要传播相关问题、厘米级定位精度等优点。

1、系统结构的实现比较简单。当今无线通信技术使用的通信载体是连续的电波。载波的频率和功率在一定范围内变化，利用载波的状态变化来传输信息。 UWB 技术不使用载波，而是通过发出窄的纳秒非正弦波脉冲来传输数据信号。 UWB 系统发射器直接以小脉冲驱动天线，无需传统收发器所需的上变频，因此不需要功率放大器或混频器。 UWB 系统允许使用成本非常低的宽带发射机。同时，在接收端，UWB系统接收机也不同于传统接收机，不需要中频处理，因此UWB系统结构的实现比较简单。

2、民用财产的高速数据传输一般要求UWB信号的传输范围在10m以内。根据修改后的信道容量公式，民用货物数据传输速率可达500 Mbit/s。 UWB技术是实现个人通信和无线局域网的一种理想的调制技术。 UWB 技术为高速数据传输交换了非常宽的频率带宽，并且不会单独占用已经拥挤的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频段。在军事应用中，UWB技术可以利用巨大的扩频增益来实现低远距离拦截率、低检测率、高安全性和高速数据传输。

3、低功耗UWB系统采用间歇脉冲发送数据。脉冲持续时间很短，一般在0.20~1.5ns之间，占空比很低，系统功耗很小。高速通信时，功耗从几百微瓦到几十毫瓦。民用UWB设备的功率一般是传统手机所需功率的1/100左右，蓝牙设备所需功率的1/20左右。军用UWB无线电的功耗也非常低。因此，UWB 设备在电池寿命和电磁辐射方面比传统无线通信设备具有很大的优势。

4、高安全性UWB技术作为通信系统的物理层技术，具有天然的安全性能。由于UWB 信号通常在非常宽的频带上传播信号能量，对于一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且在大多数情况下，UWB 信号的频谱密度功率低于自然电子噪声。难以从电子噪声中检测脉冲信号。通过编码对脉搏参数进行伪随机化后，脉搏检测将更加困难；需要对腔体滤波器、介质滤波器有较高的要求，特别是小体积的介质滤波器。

5、多径解析能力强。由于常规无线通信中的大部分射频信号是连续信号或者其持续时间远长于多径传播时间，多径效应限制了通信质量和速度。短时间和非常小的占空比，多径信号在时间上是可分离的。如果多径脉冲在时间上重叠，则多径传输的长度必须小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于多径脉冲信号在时间上不重叠，因此很容易将多径分量分开，以充分利用传输的信号能量。大量实验表明，在常规无线电信号多径衰落深度为1030dB的多径环境中，超宽带无线电信号的衰落最大小于5dB；对宽带晶体滤波器的提出来更高的要求。

6、定位精准脉冲脉冲定位精度高。采用UWB技术，很容易实现定位和通信的融合，这是传统无线电难以做到的；对位精度高系统需要用到高稳晶振和低相噪晶振的恒温晶振。

UWB技术穿透能力强，可以准确定位室内和地下，而GPS（全球定位系统）只能在GPS定位卫星的可视范围内工作。与提供绝对地理位置的GPS 不同，超宽带无线电定位器可以给出相对位置，其定位精度可以达到厘米级。此外，超宽带无线电定位器的价格更经济；时频模块,授时守时模块,时钟模块对定位精度高的系统有交大量的需求。

7、工程简单低成本在工程实现方面，UWB技术比其他无线技术简单得多，可以完全数字化完成。您只需要以数学方式产生脉冲并调制脉冲，就可以将执行上述过程所需的电路集成到一个芯片中，设备成本非常低。 UWB 系统发送和接收窄纳秒非正弦脉冲，并在不使用正弦载波的情况下直接调制。接收端可以通过相关设备直接实现信号检测。这样，收发器不需要复杂的载波频率调制。解调电路和滤波器只需要数字方法就可以产生窄的纳秒非正弦波脉冲。因此，使用UWB技术可以大大降低系统的复杂度，减小收发器的体积，降低收发器的功耗，并且易于数字化和采用软件无线电技术。

应用场景

UWB应用主要适用于接入管理、定位服务和设备间通信三个场景。三大应用场景主要面向智能家居与办公、智慧城市、智慧交通、消费电子、新零售、消费医疗等领域。免提门禁是利用超宽带技术进行门禁管理。当有人靠近门时，会自动检测识别完成开锁，取代传统指纹密码需要交互接触的应用场景；定位服务（Location-based services）是基于UWB在多径下的高穿透性和稳定的传输性能，实现精确的室内定位和大数据分析；设备互联（P2P应用）主要用于设备之间的数据互联，如视频会议通话、V2X自动驾驶、AR/VR游戏、远程支付等。