超宽带技术的基础知识点汇总

拥有 132 年历史的超宽带 （UWB） 通信技术现在正在为短距离无线连接设备重新焕发活力。许多行业观察家声称，UWB 可以证明比蓝牙更成功，因为它速度更快、更便宜、功耗更低、更安全，并提供卓越的位置发现和设备测距。

英特尔、时域、苹果、华为、三星、小米、恩智浦、索尼、博世和 Xtreme Spectrum 等公司都在研究和投资 UWB 技术。事实上，Apple 已经在其 iPhone 11 中提供了 UWB 芯片，可通过“飞行时间”测量实现卓越的定位精度和测距。

在本文中，我们将介绍超宽带技术的基础知识，包括其起源、优势以及对传输方法的高层次了解。

什么是超宽带？

超宽带 （UWB） 是一种短距离无线通信协议（如 Wi-Fi 或蓝牙），在未经许可的应用中使用频率范围为 3.1 至 10.5 GHz 的短脉冲无线电波。

术语 UWB 用于大于或等于 500 MHz 的带宽 （BW） 或大于 20% 的分数带宽 （FBW），其中FBW = BW/fc，其中fc是中心频率。

超宽带的历史

UWB 技术的历史可以追溯到第一台人造无线电的时代，当时马可尼使用火花隙（短电脉冲）发射器进行无线通信。

1920 年，UWB 信号被禁止用于商业用途。UWB 技术仅限于高度机密的安全通信程序下的国防应用。直到 1992 年，UWB 才开始受到科学界的广泛关注。

高速微处理器和快速开关技术的发展使 UWB 在商业上可用于短距离、低成本的通信。早期应用包括雷达系统、通信、消费电子产品、无线个人区域网络、定位和医疗电子产品。从那时起，UWB 电磁学、组件和系统工程的详细知识得到了发展。

2002 年，美国联邦通信委员会 （FCC） 是全球第一个发布允许未经许可使用已分配频谱的 UWB 法规的组织。但是，允许的功率限制设置得非常低，以避免干扰在该频段运行的其他技术，例如 WiFi、蓝牙等。

UWB 信号的低频谱密度很有吸引力，这使得 UWB 不易受到来自其他窄带信号的带内干扰，并且非常安全，因为它们由于低功率密度而难以检测。

超宽带技术的优势

UWB 信号的超宽带宽可实现优于传统窄带系统的室内性能。

下面重点介绍了此带宽的一些功能：

宽带宽可在密集环境中抵抗信道效应，并实现非常精细的时空分辨率，以实现 UWB 节点的高精度室内定位，例如新款 iPhone 11。

低于环境噪声的低频谱密度确保了信号检测的低概率并提高了通信的安全性。

使用 UWB 可以在短距离内传输高数据速率。

UWB 系统可以与已经部署的窄带系统共存。

超宽带传输

数据传输采用两种不同的方法：

皮秒范围内的超短脉冲，同时覆盖所有频率（也称为脉冲无线电）

将总 UWB 带宽细分为一组宽带正交频分复用 （OFDM） 信道

第一种方法具有成本效益，但会降低信噪比。一般来说，脉冲无线电传输不需要使用载波，这意味着与传统窄带收发器（即更简单的收发器架构）相比，复杂性降低，因为信号是通过 UWB 天线直接辐射的。高斯单周期或其衍生物之一是易于生成的 UWB 脉冲的一个示例。

第二种方法更有效地利用频谱并提供更好的性能和数据吞吐量，但代价是增加了复杂性（即需要信号处理）和功耗。

两种方法之间的选择取决于应用程序。