什么是 UWB？
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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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。
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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。
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-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。
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