作者@@：RF小木匠@@,来源于射频学堂@@
超宽带@@ UWB 是一种无线通信技术@@@@，和@@我们之前讲到@@过的@@蓝牙@@ BLE，Wifi 一样@@，是一种近距离通信技术@@@@。
为什么叫超宽带@@呢@@？这里有两个主要原因@@，第一是因为它的@@可用频谱带宽@@确实太宽了@@，FCC 分配给它的@@频带从@@ 3.1GHz 到@@ 10.6GHz，总共@@ 7.5GHz 的@@可用频谱带宽@@，相对带宽超过@@ 100%。第二是它的@@载波带宽也比较宽@@，达到@@了@@ 500MHz。
无论它的@@@@ OBW 还是@@ CBW，都达到@@了@@超级宽的@@水平@@，所以叫做超宽带@@@@ UWB 也确实是实至名归@@。
也是基于此@@，在@@ 1989 年的@@时候@@，这种无线通信技术@@被美国国防部命名为@@ “UWB”。美国国防部管的@@可真宽@@，无线通信技术@@都需要国防部来题名@@，这也反映了我们通信发展的@@基本事实@@，军事应用要先于民用@@，相控阵雷达@@的@@@@ MIMO 数要甩@@ 5G Massive-MIMO 好几条街@@。
超宽带@@ UWB 有什么好处呢@@？
超宽带@@是很多通信人的@@梦想@@，因为频率带宽意味着信道容量@@@@，频带越宽@@，无线通信的@@容量就越大@@。这是信息论大神香农给我们留下的@@珍贵财富@@——香农定理@@。在@@给定信噪比情况下@@，信道容量@@ C 和@@带宽@@ B 成正比@@（下图中最上面的@@公式就是香农定理@@@@）。
所以呢@@，UWB 的@@第一个优点就是超级厉害的@@信道容量@@@@。
同样的@@@@，根据香农定理@@的@@公式@@，我们可以得到@@@@ UWB 的@@第二个好处@@，在@@一定的@@信道容量@@下@@，超宽带@@ UWB 可以接受比较差的@@信噪比@@ SNR。
另外@@，在@@相同载波功率情况下@@，带宽越宽@@，功率谱密度也就越低@@。基于第一个优点@@，FCC 索性就给超宽带@@@@ UWB 通信限定了一个很低的@@@@ EIRP 要求@@，小于@@ -41.3dBM/MHz。
-41.3dBm 是一个什么样的@@功率量级呢@@，我们换算成毫瓦的@@格式大概是@@ 0.0000741310241 mW，这么小的@@功率对人体健康的@@影响简直可以忽略不记@@，对比我们的@@手机动辄@@ 0.1W-2W 的@@辐射功率来说@@，简直不要太环保啊@@。
辐射功率低@@，也就意味着@@ UWB 的@@功耗极小@@，如果手机也到@@这个水平@@，那就再也不用担心给手机充电了@@。可惜这种低功率通信@@，也就只能用在@@近距离无线通信上@@，一般通信距离小于@@@@ 10 米@@。
所以在@@通信领域@@，十全十美的@@技术@@可能真的@@没有@@。下表是@@ UWB 和@@ Wifi， BLE，zigbee 等短距离无线通信技术@@的@@一些参数对比@@，合适的@@技术@@需要用在@@合适的@@场景才完美@@。
这么小的@@功率量级还有@@一个好处就是对其他通信系统的@@干扰也很小@@，所以可以和@@很多大功率通信技术@@共存@@，比如@@现在@@的@@@@ 5G NR 在@@ 3.5GHz 左右有多个比较重要的@@频段@@，还有@@ wifi 的@@ 5.8GHz。当然安全起见@@，FCC 也规定了全频谱的@@干扰功率等级@@，如下图所示@@，分为室内和@@室外@@，仅在@@低于@@ 960MHz 和@@ 3.1GHz 到@@ 10.6GHz 的@@频率范围内要求@@低于@@ -41.3dBm/MHz，其他频段有更严格的@@功率要求@@@@。
这样@@，困扰我很多年的@@问题终于解决了@@，凭什么@@ UWB 能占用这么宽的@@频谱资源@@？就凭人家功率低啊@@。
功率低就可以随心所欲了吗@@？No！UWB 还有@@一个重要的@@技术@@@@，就是脉冲调制@@。我们在@@介绍信号调制的@@时候@@，讲到@@我们都喜欢用正弦波作为载波对信号进行调制@@。但是@@ UWB 信号是用一个具有很陡的@@上升和@@下降的@@冲激脉冲进行直接调制@@，使得信号具有比较宽的@@频谱特征@@。
下图给出了@@ FM 调制和@@脉冲调制的@@对比@@，正是这个脉冲调制使得@@ UWB 信号能够工作在@@一个较宽的@@频带内@@。其实在@@早期@@，UWB 技术@@的@@名字就叫作脉冲无线电@@ Impulse Radio，1989 年才拥有了现在@@的@@名字@@。
UWB 的@@脉冲陡而窄@@，看起来像尖峰一样@@@@，即使是在@@嘈杂的@@通道环境中@@，也很容易识别@@。脉冲调制具有很强的@@抗多径干扰能力@@，通过多个路径到@@达接收器的@@无线电信号在@@@@ IR-UWB 系统里很容易与主信号区分开来@@。
并且脉冲的@@宽度很窄@@，为纳秒级@@，这就决定了超宽带@@技术@@超高的@@精度@@。
因此超宽带@@@@ UWB 技术@@具有传输速率高@@，抗干扰能力强@@，辐射小功耗低@@，精度高等优点@@。
超宽带@@技术@@自上世纪@@ 60 年代被提出以后@@，在@@军事领域就得到@@了广泛的@@应用@@，比如@@：UWB 雷达@@，UWB L PI/D 无线内通系统@@ (预警机@@、舰船等@@)，战术手持和@@网@@络的@@@@ PL I/D 电台@@，警戒雷达@@@@，UAV/UGV 数据链@@，探测地雷@@，检测地下埋藏的@@军事目标或@@以叶簇伪装的@@物体无线通信系统方面@@。
在@@民用领域@@，真正进入到@@我们的@@视野是苹果公司在@@@@ iphone11 上推出的@@空间@@感知能力@@ Spatial Awareness。利用@@ UWB 技术@@的@@超高精度定位能力@@，提高@@了手机的@@定位精度@@，并且能够感知周围手机的@@准确位置@@。
最近几年@@，UWB 也开始在@@车上找到@@了新的@@机会@@。
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