擁有 132 年歷史的超寬帶 （UWB） 通信技術現在正在為短距離無線連接設備重新煥發活力。許多行業觀察家聲稱，UWB 可以證明比藍牙更成功，因為它速度更快、更便宜、功耗更低、更安全，并提供卓越的位置發現和設備測距。

英特爾、時域、蘋果、華為、三星、小米、恩智浦、索尼、博世和 Xtreme Spectrum 等公司都在研究和投資 UWB 技術。事實上，Apple 已經在其 iPhone 11 中提供了 UWB 芯片，可通過“飛行時間”測量實現卓越的定位精度和測距。

在本文中，我們將介紹超寬帶技術的基礎知識，包括其起源、優勢以及對傳輸方法的高層次了解。

什么是超寬帶？

超寬帶 （UWB） 是一種短距離無線通信協議（如 Wi-Fi 或藍牙），在未經許可的應用中使用頻率范圍為 3.1 至 10.5 GHz 的短脈沖無線電波。

術語 UWB 用于大于或等于 500 MHz 的帶寬 （BW） 或大于 20% 的分數帶寬 （FBW），其中FBW = BW/fc，其中fc是中心頻率。

超寬帶的歷史

UWB 技術的歷史可以追溯到第一臺人造無線電的時代，當時馬可尼使用火花隙（短電脈沖）發射器進行無線通信。

1920 年，UWB 信號被禁止用于商業用途。UWB 技術僅限于高度機密的安全通信程序下的國防應用。直到 1992 年，UWB 才開始受到科學界的廣泛關注。

高速微處理器和快速開關技術的發展使 UWB 在商業上可用于短距離、低成本的通信。早期應用包括雷達系統、通信、消費電子產品、無線個人區域網絡、定位和醫療電子產品。從那時起，UWB 電磁學、組件和系統工程的詳細知識得到了發展。

2002 年，美國聯邦通信委員會 （FCC） 是全球第一個發布允許未經許可使用已分配頻譜的 UWB 法規的組織。但是，允許的功率限制設置得非常低，以避免干擾在該頻段運行的其他技術，例如 WiFi、藍牙等。

UWB 信號的低頻譜密度很有吸引力，這使得 UWB 不易受到來自其他窄帶信號的帶內干擾，并且非常安全，因為它們由于低功率密度而難以檢測。

超寬帶技術的優勢

UWB 信號的超寬帶寬可實現優于傳統窄帶系統的室內性能。

下面重點介紹了此帶寬的一些功能：

寬帶寬可在密集環境中抵抗信道效應，并實現非常精細的時空分辨率，以實現 UWB 節點的高精度室內定位，例如新款 iPhone 11。

低于環境噪聲的低頻譜密度確保了信號檢測的低概率并提高了通信的安全性。

使用 UWB 可以在短距離內傳輸高數據速率。

UWB 系統可以與已經部署的窄帶系統共存。

超寬帶傳輸

數據傳輸采用兩種不同的方法：

皮秒范圍內的超短脈沖，同時覆蓋所有頻率（也稱為脈沖無線電）

將總 UWB 帶寬細分為一組寬帶正交頻分復用 （OFDM） 信道

第一種方法具有成本效益，但會降低信噪比。一般來說，脈沖無線電傳輸不需要使用載波，這意味著與傳統窄帶收發器（即更簡單的收發器架構）相比，復雜性降低，因為信號是通過 UWB 天線直接輻射的。高斯單周期或其衍生物之一是易于生成的 UWB 脈沖的一個示例。

第二種方法更有效地利用頻譜并提供更好的性能和數據吞吐量，但代價是增加了復雜性（即需要信號處理）和功耗。

兩種方法之間的選擇取決于應用程序。