Ultra Wideband 技術簡介與發展趨勢

雖然UWB是近幾年才被提及，然而其早在1940年中期就被提出，最早是用於軍事發展與學術研究上；在商業用途上，一直被潛在的雜訊干擾以及規範的制定限制著。幾經考量後，FCC(Federal Communications Commission)開始研究UWB技術成為新的無線電規範。  

UWB是一種無線傳輸的格式，它使用了相當寬頻率的範圍，使用的頻寬超過所發射訊號的中心頻率的20%，也就是說假設發射訊號的中心頻率為6GHz，所傳輸的頻寬超過1.2GHz，則可視為UWB；如果用CDMA系統所使用的訊號頻寬1.25MHz，那UWB所使用的頻寬將會是其1,000倍。傳統的射頻傳輸為持續波的能量，而UWB則是使用很短的脈波，每一脈波僅只萬億分之一秒，所產生能量則散佈在非常寬的頻寬，見圖1。UWB也具有許多特殊的特性：  

‧高傳輸速率：可達每秒5百萬位元的傳輸速率。  

‧安全性：非常難去破解。  

‧能見度：可穿透牆壁與地面。  

‧能源效率：消耗較低的能量。  

其次，UWB理論上的運作是可以不需要載波，傳統的窄頻或寬頻通訊是使用射頻載波將調變訊號升頻至載波頻率發射；相反地，UWB是直接藉由脈波調變，非常陡峭的波形上升與下降，使得訊號在頻譜上佔據非常大的頻寬，甚至可達幾GHz。在2002年二月，FCC修正Part 15規定，在4個主要的限制下，允許UWB的使用：  

‧頻率範圍：低於1GHz與3.1GHz~10.6GHz的頻段。見圖2  

‧頻寬範圍：2(fu-fl)/(fu+fl)≧0.2，fu為訊號右半邊-10dB點，fl為訊號左半邊-10dB點；或訊號頻寬大於500MHz。  

‧最大功率：低於-42.5dBm/MHz。  

‧應用範圍：影像系統(地面穿透雷達、牆壁穿透雷達)、車輛雷達系統(防碰撞系統)、通訊與量測系統(家用與商用網路)。  

相對應頻段的各種無線通訊使用者與裝置，對於UWB所產生的干擾影響，都是UWB系統規格設計的考量。FCC及一些團體，也都對UWB所產生的干擾持續地研究與測試。  

由於FCC規範的UWB頻譜內還有許多其他無線通訊系統，如衛星通訊等，為了避免對於其他的系統產生干擾，許多論文書籍也都提出將傳統的脈波時域波形加以改變，來達到符合FCC所訂定的規範限制如圖3。在UWB技術提議中，除了使用脈波調變外，還有另一個主流技術－OFDM，一如在802.11a所使用的技術，利用多重分支載波(sub-carriers)，分支載波彼此為正交以增加頻寬效益，多重分支載波可增加傳輸的資料量，比起802.11a， UWB/OFDM使用更多的分支載波，相對地頻寬也會加大。舉例來說，一個528MHz頻寬的OFDM的訊號，有128分支載波，載波間隔為 4.125MHz，符號週期為312.5ns。使用OFDM的技術還有些好處，可以直接刪除一些分支載波，藉以避開一些已被其他通訊系統所使用的頻段如圖 5；也可使用跳頻(Frequency Hopping)技術避開這些頻段如圖4。不過，UWB/OFDM的技術，不論是實際晶片的製作與研發所需克服的問題，時程上都較脈波調變慢。預估 2006年才會有大量生產。  

UWB與現有的無線通訊應用的比較  

UWB不適合用於高速移動的行動通訊  

就目前為止，UWB並非在語音通訊方面來取代行動電話。首先UWB所涵蓋的範圍並不大(10公尺)，又必須考量大功率所產生的雜訊，所以需要更多的存取點，在經濟效益上並不划算；其次，都卜勒效應(Doppler Effect)對於UWB在短時間的脈波所產生的影響，使得UWB技術不適合應用於高速移動的行動通訊。  

資料傳輸面臨Bluetooth與WLAN的威脅  

UWB技術可應用於WPAN/WLAN 。但有2個威脅，主要威脅：藍芽(Bluetooth)。UWB技術在相同的傳輸距離下，資料的傳輸速率遠高於藍芽，但所需的傳輸功率，就現今UWB的規格則較大。次要威脅：802.11a/b/g。WLAN的傳輸距離為20~30呎，則UWB有較高的傳輸速率，假如功率規格限制能寬鬆些，UWB的有效距離可與WLAN相同，甚至更好，圖6為WLAN與UWB傳輸速率與距離的比較。  

UWB技術發展所面臨障礙  

在UWB技術的發展上，將面對的障礙包括技術可行性需要驗證，例如多重路徑效應(Multi-path Effect)的技術克服、障礙物穿透的能力、對於其他無線裝置的干擾與被干擾影響。  

此外，在商品化的過程中，發展商品化的產品，發展整合性的產品將會碰到技術上的問題。如手機所搭配的無線耳機，將會碰到彼此干擾的問題。進而影響到系統的性能。而在規格的議定與實行上，IEEE 802.15.3正在研究UWB成為可能的實體層，但卻沒有較具體的團體帶領應用。  

現階段UWB主要市場為美國 亞歐 地區將逐漸加入  

現有的UWB的市場主要是美國，因此具有發展的潛力；在歐洲，目前並未開放使用UWB，而ETSI Task Group 31a正針對UWB作測試規範的訂定，然仍需歐洲各國以及委員會的同意，才能使用。在亞洲，同樣地也是不允許使用，但日本與新加坡兩國非常有興趣發展此種技術。就過去的行動通訊市場歷史來看，亞洲各個國家的並不會採取一致性的規範，而會根據現有的頻譜來訂定。  

雖然目前UWB的市場還非常小，但是可以預期地是在2到3年間，亞洲與歐洲也將加入這一技術市場，部分短距離家用無線網路多媒體應用市場將帶動下一波無線大戰。