UWB（Ultra-Wideband，超宽带）技术是一种利用纳秒甚至皮秒级的非正弦窄脉冲传输数据的无线通信技术，其工作频谱极宽（通常在3.1GHz至10.6GHz之间），通过发射极低功率的脉冲信号实现高速数据传输和精准定位，与传统的窄带通信技术不同，UWB不采用连续波载波，而是通过时间极短的脉冲序列传递信息,这种独特的机制赋予了它诸多技术优势。
UWB技术原理
UWB技术的核心在于其脉冲发射机制，系统通过产生持续时间极短（通常在纳秒量级）的脉冲信号，直接在时域上进行调制，这些脉冲的频谱宽度可达数GHz，符合美国联邦通信委员会（FCC）对UWB的定义（-10dB带宽大于500MHz或中心频率的20%），在信号传输过程中，UWB采用时间 hopping（跳时）或脉冲位置调制（PPM）等技术，将数据信息嵌入脉冲的时间间隔或位置中,从而实现抗干扰能力强的通信。
为实现精准定位，UWB技术主要基于飞行时间（Time of Flight, ToF）和到达时间差（Time Difference of Arrival, TDoA）原理，ToF是通过测量信号从发射端到接收端的传播时间，结合光速计算距离，其定位精度可达厘米级；TDoA则通过多个基站接收信号的时间差，利用几何定位算法（如三边测量法）确定目标位置，UWB还采用接收信号强度指示（RSSI）辅助定位,但主要依赖高精度的时域测量。
在硬件实现上，UWB系统通常包括脉冲发生器、功率放大器、天线和接收机（包含相关器和解调器），脉冲发生器产生窄脉冲信号，功率放大器确保信号符合辐射功率限制（FCC规定UWB辐射功率低于-41.3dBm/MHz），天线负责信号的收发，接收机通过相关器对接收到的脉冲序列进行解调,恢复原始数据。
UWB技术特点
UWB技术的特点主要体现在以下几个方面，可通过表格对比传统无线通信技术（如Wi-Fi、蓝牙）更直观地体现：
| 特性 | UWB技术 | 传统无线技术（如Wi-Fi、蓝牙） |
|---|---|---|
| 带宽 | 极宽（≥500MHz，可达数GHz） | 窄（Wi-Fi typically 20/40/80MHz） |
| 传输速率 | 高（可达数百Mbps至Gbps级） | 中等（Wi-Fi up to several Gbps,蓝牙Mbps级） |
| 功耗 | 极低（纳秒脉冲平均功率低） | 较高（需持续载波功率） |
| 定位精度 | 厘米级（ToF/TDoA原理） | 米级（RSSI定位） |
| 抗干扰能力 | 强（极低功率谱密度，抗多径效应） | 较弱（易受同频干扰） |
| 安全性 | 高（脉冲信号难以被截获，加密性强） | 一般（依赖协议加密） |
| 穿透能力 | 可穿透墙壁、障碍物（但信号衰减较大） | Wi-Fi穿透性一般，蓝牙穿透性弱 |
极宽带宽与高传输速率
UWB的带宽可达数GHz，远超传统无线技术，使其能够支持高速数据传输，适用于高清视频流、大文件传输等场景，UWB的IEEE 802.15.4a/z标准理论速率可达1Gbps以上，满足低延迟、高吞吐量的需求。
低功耗与高安全性
由于脉冲信号的平均功率极低（纳秒级脉冲占空比极小），UWB设备的功耗显著低于传统无线技术，适合电池供电的物联网设备，脉冲信号的宽频谱特性使其难以被传统接收机截获，且支持动态加密,通信安全性更高。
厘米级定位精度
基于ToF/TDoA的高精度时域测量，UWB的定位精度可达1-10cm，远超Wi-Fi（米级）和蓝牙（10米级），适用于室内导航、资产追踪、无人设备协同等场景，苹果公司的AirTag利用UWB技术实现精准查找,误差不超过10cm。
强抗干扰能力
UWB的极低功率谱密度（低于-41.3dBm/MHz）使其对其他无线系统的干扰极小，同时宽频特性使其具备天然的频率分集能力,抗多径效应和窄带干扰能力更强。
穿透性与局限性
UWB信号可穿透非金属障碍物（如墙壁、人体），但金属物会导致信号大幅衰减，因此在复杂金属环境中定位性能下降，UWB的传输距离相对较短（通常为10-30米）,适合短距离通信场景。
相关问答FAQs
Q1：UWB技术与蓝牙、Wi-Fi相比，在定位应用中优势是什么？
A1：UWB在定位中的核心优势是厘米级高精度和强抗干扰能力，蓝牙和Wi-Fi主要依赖RSSI信号强度定位，易受环境干扰和多径效应影响，精度通常在米级；而UWB通过ToF/TDoA测量信号传播时间，精度可达厘米级，且脉冲信号的抗干扰能力使其在复杂环境中（如室内多障碍物）仍能保持稳定定位。
Q2：UWB技术的功耗是否适合可穿戴设备？
A2：是的，UWB技术的极低功耗特性使其非常适合可穿戴设备，由于采用纳秒级脉冲传输，平均功耗极低（通常在毫瓦级别），远低于持续发射载波的蓝牙和Wi-Fi，智能手表利用UWB进行精准定位时，对电池续航的影响微乎其微,同时还能支持快速数据传输和防丢功能。
