UWB通過發射非常短的時間脈沖來傳送數據,這使得它具有功率低、傳輸速率高、系統容量大、不易產生干擾、隱蔽性好、精確定位、設備簡單、成本低等優點。不足之處是,由于UWB使用很寬的帶寬與很多其他的無線通信系統頻段重疊,雖然理論上系統的發射功率很低,不會產生嚴重的干擾,但是,在實際應用中還需要驗證系統的兼容性問題。

產生脈沖寬度為納秒級的信號源是UWB技術的前提條件,目前產生窄脈沖信號有兩類方法:光電法和電子法。光電法的基本原理是利用光導開關的瞬間導通特性來獲得具有陡峭上升沿的脈沖信號。由于作為激發源的激光脈沖信號可以有很陡的前沿,所以得到的脈沖寬度可達到皮秒量級。電子法則利用了微波雙極性晶體管雪崩特性,使晶體管在雪崩導通瞬間電流迅速增長,從而獲得具有陡峭前沿的波形,成形后得到極短脈沖。實際UWB通信中脈沖多采用單周期高斯函數,典型單周期高斯函數的寬度在0.1~1.5 ns,重復周期為25~1000 ns,具有很寬的頻譜。實際通信時還要利用數據信息和偽隨機碼對窄脈沖序列進行編碼調制,改變脈沖的時間間隔,從而改善由脈沖周期重復引起的頻譜尖峰,使信號滿足UWB要求。
調制技術是UWB系統的核心技術之一,UWB通信常用一組脈沖序列表示一位二進制信息,調制分為組內調制和組間調制。組內調制稱為擴譜,組間調制稱為信息調制。組內一般選擇PPM和BPM,分別叫做跳時擴譜(DH-SS)和直接序列擴譜(DS-SS)。組間可以選擇PPM、BPM、PAM,這樣就有DH-SS_PPM、DS-SS_PPM、DH-SS_PAM、DS-SS_PAM、DH-SS_BPM、DS-SS_BPM等幾種調制方式。目前較成熟并常用的調制方式主要有跳時脈沖位置調制(TH-PPM)、跳時脈沖幅度調制(TH-PAM)和直接序列擴頻(DS-UWB)調制。
多址技術研究的目的是如何合理分配和利用給定的頻譜資源來獲得最大系統容量、提高頻譜利用率,如何選擇信號結構來實現多用戶傳輸而使多址干擾最小、結構最簡單。在UWB系統中多址接入方式與調制方式有密切聯系,若系統采用PPM調制,多采用跳時多址(THMA)實現多用戶接入。THMA利用偽隨機碼和時間來標志用戶,資源分配由時間和碼結合產生,因此TH-PPM既屬于時分多址又屬于碼分多址;同樣,在DS-UWB系統中每個用戶被分配一個不同的碼字,發送的信息比特經過偽隨機碼擴頻后再由BPSK調制,用戶信道資源僅靠碼字來區分,因此DS-UWB的多址接入方式為碼分多址(CDMA),或寫作DS-CDMA。UWB經過不斷的發展,有的學者把混沌理論應用到UWB多址接入領域,從而形成了許多新的多址接入方式。目前常見的多址形式主要有:跳時脈沖位置調制(TH-PPM)、直接序列擴頻(DS-UWB)調制、偽混沌跳時(PCTH)調制、混沌序列擴頻(CSSS)調制、DS-BPSK/TH混合多址、DS-BPSK/Fixed TH混合多址、正交波形波分多址等。
UWB定位技術在國內的發展趨勢
2002年至今,UWB技術和它帶動的通信市場發生了驚天動地的變化,到今天市場的走向初見明朗,一些產品已經逐漸占據了市場。現在看來,在未來的幾年里,UWB技術和產品市場將會呈現幾大特點。
第一,在國際各大公司、科研機構工作人員的不懈努力下,有關UWB的核心技術,如調制與解調、天線、檢測、同步、偽隨機序列生成、脈沖合成等將會逐漸得到改進,UWB將會朝著更高速率、更低功耗、設備更加易實現、更加貼近人們生活需求的方向發展。同時,因為除了美國完全開放低頻和高頻以外,歐洲、韓國、日本和中國等國家和地區對低頻都有很嚴格的限制,但在高頻上限制比較少,支持高頻將變得非常重要,各大廠商都非常重視高頻并朝高頻方向努力。
第二,UWB產品最終會芯片化,并嵌入到筆記本電腦、數碼相機、打印機、智能手機等終端上。UWB技術的應用橫跨PC、CE和Mobile三大領域,隨著UWB技術的成熟,UWB產品市場將逐漸由最初的面向PC及外設市場向手機等家庭消費電子市場轉變,實現個人電腦和家電設備之間的UWB互聯。
第三,UWB技術的出現會使目前的近距離無線通信領域技術格局重新整合,可以用8個字來概括,那就是融合、取代、各有定位。首先是藍牙與UWB的"融合"。考慮到UWB高速、低功耗的特點,下一代Bluetooth 3。0標準中將會融合UWB技術。藍牙技術聯盟日前宣布,將在新一代藍牙技術中融合超寬帶無線技術,以解決目前藍牙成本高、傳輸慢,應用范圍窄等技術和市場瓶頸。較之目前傳輸速率僅為3 Mbit/s的藍牙技術,加入了新技術的新版藍牙,不僅能夠滿足各種通信終端大量的音樂、圖像傳輸的需要,更實現了手機與PC、數碼相機等之間的無線傳輸。UWB與藍牙的結合,將為支持UWB的硬件產品與目前藍牙重點支持的通信產品之間提供更為廣泛的對接途徑,基于新一代藍牙技術的產品將于2007年末投放市場,在2008年開始大量普及。其次是基于UWB的無線產品取代當前的短距離線纜連接。
第四,各國的UWB法規逐漸完善,為國際間技術融合提供了前提。由于美國首先制訂了UWB監管的規則,所以當前市面上各大公司UWB產品僅適應于美國標準。隨著其他國家主管部門對UWB監管政策的完善,將會出現適合具體國家政策的區域UWB標準,這些標準既考慮了當地政府的監管政策,又為UWB設備的國際互聯提供足夠空間。那時,如果能在這些區域UWB標準中尋求到交集,UWB國際統一標準的出爐也就不遠了,而這也將大大推動UWB技術向前發展。
總之,UWB可以在短距離內實現視頻、音頻和寬帶數據流的高速傳輸,是數字家庭無線組網和其他小范圍內無線替代有線連接的首選技術。在信息技術飛速發展的今天,UWB必定會以其高速、安全、低成本等諸多優點吸引越來越多研究者的注意,發展潛力及市場空間不可估量。
當室內定位還停留在“知道大概在哪”的階段時,一場由 UWB下行定位引發的技術躍遷正在發生:從米級模糊感知走向厘米級精準導航,從設備依賴走向“手機即終端”的全面重構。更關鍵的是,這一次,蘋果與安卓的生態壁壘被真正打通,室內空間導航的能力邊界正
你有沒有遇到過這些情況?——在商場里——明明就在某個品牌附近,卻怎么都找不到門店入口?在地下停車場——車停好了,但回來時卻“迷路”,反復繞路?在醫院里——拿著掛號單,卻不知道目標診室往哪邊?為什么在室外可以“打開地圖就能走”,而一進入室內就“失去方向感”?室內空間,真的不能像室外一樣實現精準導航嗎?
在商場、機場、醫院、會展中心、博物館等復雜室內空間中,你是否遇到過:找不到車位、找不到商鋪、找不到科室、找不到登機口?同時,場地方也面臨:客流難以監測、動線優化困難、服務響應慢、商業轉化缺少數據支撐等問題...隨著手機 UWB 能力逐步成熟