超宽带（Ultra-Wideband, UWB）技术的名称来源于其核心特征——使用非常宽的频带进行无线通信。UWB技术的一个显著特点是其使用的频带非常宽。
根据美国联邦通信委员会（FCC）的规定，UWB信号的带宽必须大于500
MHz，或者其相对带宽（带宽与中心频率之比）必须大于20%。由于UWB使用的是非常宽的频带，它可以在同一时间内传输大量数据，从而提高了频谱的利用率。
UWB技术通过发送非常短的脉冲信号（通常在纳秒或皮秒级别）来进行通信。这些短脉冲信号在时域上具有很高的分辨率，能够在宽频带上分布。由于脉冲信号的持续时间非常短，每个脉冲的能量非常低，因此UWB信号的功率谱密度也很低。这意味着UWB信号在频谱中的能量分布非常均匀，不会对其他无线通信系统造成明显的干扰。
UWB技术的早期研究可以追溯到20世纪60年代，最初用于雷达和军事通信。当时的研究者发现，使用非常短的脉冲信号可以在宽频带上进行有效的通信和目标检测。随着这项技术的发展，研究者们逐渐认识到其宽频带特性的重要性，并将其命名为“超宽带”（Ultra-Wideband）。这个名字准确地描述了这种技术的核心特点，即使用非常宽的频带进行通信。
早期发展（1960年代至1980年代）
- 1960年代：UWB技术最早是在雷达应用中开发的。当时的重点是利用极窄的脉冲进行高精度的距离测量和目标识别。
- 1970年代：美国的研究人员开始探索UWB在通信领域的潜在应用。Gerald F. Ross在1973年获得了一项关于UWB无线电技术的重要专利（专利号3,728,632），这标志着UWB从理论研究向实际应用迈进了一步。
- 1980年代：UWB技术逐渐被用于一些特定的军事和安全应用中，如地下探测、穿墙成像等。
标准化与民用化（1990年代至2000年代）
- 1990年代：随着半导体技术和信号处理能力的进步，UWB技术的应用范围开始扩展。研究人员开始探索UWB在短距离高速数据传输中的潜力。
- 2002年：美国联邦通信委员会（FCC）发布了第一个针对UWB技术的法规，允许UWB技术在某些频段内以低于特定功率水平的方式运行。这一举措为UWB技术的民用化铺平了道路。
- 2004年：IEEE成立了802.15.3a工作组，旨在制定UWB的标准化协议，以便实现不同厂商设备之间的互操作性。然而，由于不同的技术方案之争，该工作组最终未能达成一致意见。
- 2005年：尽管IEEE802.15.3a未能成功，但其他组织继续推动UWB的标准化工作。WiMedia Alliance提出了一个基于多带OFDM（Multiband OFDM）的UWB标准，并得到了广泛支持。
商业化与广泛应用（2010年代至今）
- 2010年代：随着智能手机和其他移动设备的普及，对高速短距离无线通信的需求增加。UWB技术因其高精度定位和低功耗特性而受到关注。
- 2013年：苹果公司收购了UWB芯片制造商Passif Semiconductor，显示了其对UWB技术的兴趣。
- 2019年：苹果公司在iPhone11系列中引入了U1芯片，该芯片集成了UWB技术，提供了更精确的空间感知能力。随后，其他智能手机制造商也纷纷跟进。
- 2020年代：UWB技术开始在汽车领域得到应用，例如特斯拉在其Model Y车型中采用了UWB数字钥匙技术，提高了车辆的安全性和便利性。此外，UWB还被应用于智能家居、工业自动化、物流追踪等多个领域。
2002年，美国联邦通信委员会（FCC）发布了第一个针对UWB技术的法规，正式定义了UWB的频带范围和功率限制。这一规定为UWB技术的商业化和标准化奠定了基础。
随后，IEEE成立了802.15.3a工作组，致力于制定UWB的标准化协议。虽然802.15.3a标准最终未能达成一致，但其他组织如WiMedia Alliance继续推动UWB的标准化工作，最终形成了广泛接受的UWB标准。
超宽带”（Ultra-Wideband, UWB）这一名称直接反映了该技术的核心特征——使用非常宽的频带进行通信。这一特性使得UWB技术在高精度定位、高速数据传输和低功耗通信等方面具有独特的优势。随着技术的发展和应用的拓展，UWB技术将继续在无线通信领域发挥重要作用。
技术特点
- 宽频带：
- UWB的工作频带通常覆盖从3.1 GHz到10.6 GHz之间的多个频段。
- 由于其极宽的频带特性，UWB可以提供非常高的数据传输速率。
- 低功耗：
- UWB设备可以在较低的发射功率下工作，这使得它们更加节能，适合长时间运行的应用。
- 高精度定位：
- UWB能够实现厘米级的精确定位，适用于室内导航、资产跟踪等需要高精度位置信息的应用。
- 抗干扰能力强：
- UWB信号的宽频带特性使其对多径效应和窄带干扰具有很强的抵抗能力，从而提高了通信的可靠性。
- 低截获概率：
- 由于UWB信号的功率谱密度很低，难以被检测到，因此具有较高的安全性。
应用领域
- 定位与追踪：
- 室内导航：在大型建筑、商场、机场等环境中提供精确的位置服务。
- 资产管理：在仓库、医院等场所中用于实时跟踪重要资产。
- 人员定位：在工业现场、矿井等高风险环境中监测工作人员的位置，提高安全性。
- 智能家居：
- 智能门锁：通过UWB技术实现无钥匙进入，提高家庭安全。
- 设备互联：在智能家居系统中，UWB可以用于设备之间的精准连接和控制。
- 汽车：
- 数字钥匙：利用UWB技术实现车辆的无钥匙进入和启动，提高便利性和安全性。
- 防撞系统：通过高精度定位技术，帮助车辆避免碰撞，提高驾驶安全。
- 移动设备：
- 智能手机：苹果iPhone 11系列及后续型号中的U1芯片就集成了UWB技术，提供了空间感知功能，如AirDrop文件共享时的定向传输。
- 可穿戴设备：智能手表和其他可穿戴设备可以通过UWB技术实现更精确的定位和交互功能。
- 工业自动化：
- 工厂自动化：在智能制造中，UWB可以用于机器人导航、物料搬运和生产流程优化。
- 物流管理：在供应链管理中，UWB可以提高货物跟踪的准确性和效率。
- 医疗保健：
- 病人监护：在医院中，UWB可以用于实时监控病人的位置，确保他们的安全。
- 医疗器械管理：跟踪和管理医院内的贵重医疗器械，防止丢失或误放。
标准与协议
- IEEE 802.15.4a/z：这些标准定义了UWB在低速率和高速率无线个人局域网（WPAN）中的应用。
- FiRa联盟：一个行业组织，致力于推动UWB技术的发展，制定相关标准，并推广其在各种应用中的使用
随着UWB技术的不断发展和应用场景的拓展，预计在未来几年内，UWB将在更多领域得到广泛应用。特别是在物联网、智能家居、自动驾驶和增强现实等领域，UWB的高精度定位和高速数据传输能力将发挥重要作用。同时，随着技术的进步，UWB设备的成本将进一步降低，促进其在消费市场的普及