超宽带 (UWB) 技术简介
了解超宽带短程无线协议的基础知识，这项技术可以在尖端设备中找到。
超宽带 (UWB) 是一种已有 132 年历史的通信技术，现在正在为短距离无线连接设备而重新焕发活力。许多行业观察家声称 UWB 可能比蓝牙更成功，因为它具有更快的速度、更便宜、使用更少的功率、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超宽带技术。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，包括它的起源、优势以及对传输方法的高层次介绍。
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。
UWB 一词用于表示大于或等于 500 MHz 的带宽 (BW) 或大于 20% 的部分带宽 (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 技术仅限于用于安全通信的高度机密程序下的国防应用。直到1992年，超宽带才开始受到科学界的关注。
高速微处理器和快速切换技术的发展使 UWB 在短距离、低成本通信方面具有商业可行性。早期应用包括雷达系统、通信、消费电子、无线个域网、定位和医疗电子。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 UWB 规定的组织，允许未经许可使用分配的频谱。但是，允许的功率限制设置得非常低，以避免干扰在该频段上运行的其他技术，例如 WiFi、蓝牙等。
UWB 信号的低频谱密度具有吸引力，这使得 UWB 不易受到其他窄带信号的带内干扰，并且由于功率密度低而难以检测，因此非常安全。
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御信道效应，并实现非常精细的时空分辨率，以实现 UWB 节点（例如新款 iPhone 11）的高精度室内定位。
- 低频谱密度，低于环境噪声，确保信号检测的低概率并提高通信的安全性。
- 使用 UWB 可以在短距离内传输高数据速率。
- 超宽带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式：
- 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，因为信号直接通过 UWB 天线辐射。高斯单环或其衍生物之一是一个易于产生的超宽带脉冲的例子。
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。
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