超寬帶(UWB) 的出現與下列名詞相聯系，即脈沖、無載波、基帶、時域、非正弦、正交函數和大相對帶寬無線/雷達信號，在此，以UWB來統一表示。上世紀60年代已經出現 了有關UWB的發射機和接收機的設計技術，同時UWB在通信和雷達中也得到了應用。此后，UWB技術不斷得到發展，到70年代，有關UWB在通信和雷達應 用中的全部體系概念都已經建立起來，但對UWB這個名稱的真正引入還是在上世紀80年代。后來，到了90年代，因設備制造技術的進步，出現了第一個UWB商用系統，目前所做的工作都是對這一系統的具體實現，使得UWB的基本構成和具體細節及實現方法等都取得了一定的進展，進一步促進了UWB的實用化進程。

　　用于軍事雷達和災害救援搜索等方面的UWB無線系統在國外早已得到實用，如今，由于UWB無線通信所具有的獨特的性能和近年來微電子技術及器件 水平的不斷提高，UWB在低費用的中短距離無線通信應用中越來越具有吸引力，尤其是滿足日益增長的有線上網是研究短距離無線技術的一大驅動力。UWB技術 是一種低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術。具有系統復雜度低，發射信號功率譜密度低，對信道衰落不敏感，截獲能力(LPI/D)低，定位精度高等 優點，尤其適用于室內等密集多徑場所的高速無線接入。目前國外公司正在進一步研究將UWB技術應用于高速無線通信領域的潛在優勢和所要解決的問題。本文首 先介紹UWB中的主要技術，最后歸納了它的性能特點及其局限性。

　　2 UWB系統的關鍵技術

　　UWB的名稱來源于可在非常寬的帶寬，即超寬帶的帶寬上傳輸信號。所謂超寬帶的帶寬，按美國聯邦通信委員會(FCC)的定義，即是：比中心頻率高25%或者是大于1.5 GHz的 帶寬。舉個例子來說，對于一個中心頻率在4 GHz的信號將跨越從3.5 GHz(或更低)至4.5 GHz(或更高)的范圍才能稱得上是一個UWB信號，如圖1所示。UWB無線系統的關鍵技術主要包括：產生脈沖信號串(發送源)的方法，脈沖串的調制方 法，適用于UWB有效的天線設計方法及接收機的設計方法等。

　　2.1 UWB脈沖信號的產生

　　從本質上講，產生極短脈沖寬度(ns級)的信號源是研究UWB技術基本的前提條件，例如單個無載波窄脈沖信號，有兩個突出的特點：一是激勵信號的波形為具有陡峭前沿的單個短脈沖;二是激勵信號包括很寬的頻譜，從直流(DC)到微波波段。目前產生脈沖源的方法有兩類：

　　(1)光電方法，基本原理是利用光導開關導通瞬間的陡峭上升沿獲得脈沖信號。由于作為激發源的激光脈沖信號可以有很陡的前沿，所以得到的脈沖寬 度可達到ps(10-12)量級。另外，由于光導開關是采用集成方法制成的，可以獲得很好的一致性，因此是最有發展前景的一種方法。

　　(2)電子方法，基本原理是對半導體PN結反向加電，使其達到雪崩狀態，并在導通的瞬間，取陡峭的上升沿作為脈沖信號。這種方案目前應用得最廣 泛，缺點是：由于采用電脈沖信號作為觸發，其前沿較寬，觸發精度受到限制，特別是在要求精確控制脈沖發生時間的場合，達不到控制的精度。另外，由于受晶體 管耐壓特性的限制，這種方法一般只能產生幾十伏到上百伏的脈沖，當然，脈沖寬度還可以達1 ns以下。典型的UWB脈沖信號時域波形和頻域波形如圖2所示。

　　從圖2可見，沖激脈沖通常采用高斯單周期脈沖，寬度在ns級，具有很寬的頻譜。實際通信中使用的是一長串的脈沖，由于時域中的信號有重復周期性，將會造成頻譜離散化，對傳統無線電設備和信號產生干擾，需要通過適當的信號調整來降低這種干擾的影響。

2.1 信息的調制

　　脈沖位置調制(PPM)和脈沖幅度調制(PAM)是超寬帶無線電的兩種主要調制方式。PPM又稱時間調制(TM)， 是用每個脈沖出現的位置超前或落后于某一標準或特定的時刻來表示某個特定信息的，因此對調制信號需要在接收端用匹配濾波的技術來正確接收，即對調制信息用 交叉相關器在達到零相差的時候進行檢測，否則，達不到正確接收的目的。而PAM是用信息符號控制脈沖幅度的一種調制方式。

　　在UWB系統中，采用跳時脈沖位置調制(TMPAM)對長脈沖序列進行調制時，每一用戶的下一塊信息將在時間上隨機分布，可在頻域內得到更為平坦的RF信號功率分布，這使得UWB信號在頻域中類似于背景噪聲。UWB系統中一種典型的由偽隨機序列控制的跳時信號如圖3所示。

　　發射機在由偽隨機序列確定的時間幀上發送一個單周期脈沖，通常單周期脈沖信號的100倍 為隨機出現的脈沖持續時間，其位置由PN碼來確定。偽隨機序列控制的跳時擴頻與一般的擴頻波形(直接序列擴頻或跳頻擴頻)不同，UWB波形的擴頻帶寬是直 接產生的，即單個比特未經擴頻序列由PN碼調制，本質上是時域的概念。

　　2.3 天線

　　能夠有效輻射時域短脈沖的天線是UWB研究的另一個重要方面。作為UWB天線，應該保證能夠達到這樣的要求：

　　(1)天線的輸入阻抗具有超寬帶特性，即要求天線的輸入阻抗在脈沖能量分布的主要頻帶上保持一致，以保證信號能量能夠有效地輻射出去和不引起脈沖特性的改變或下降。

　　(2)天線的相位中心具有超寬頻帶不變特性，即要求天線的相位中心在脈沖能量分布的主要頻帶上保持一致。

　　對于時域短脈沖輻射技術，國內外早期均采用雙錐天線及其演變的V-錐天線和扇形偶極子天線。因這幾種天線均存在著饋電難，輻射效率低，收發耦合 強和無法測量時域目標特性等缺陷，只能用于單收發。隨著微波集成電路的發展，利用集成電路方式進行饋電，所研制出的超寬帶平面槽天線，能夠產生對稱波束和 利用平衡超寬帶饋電，因而具有超寬帶的特性。又由于利用光刻技術所做的天線對較高頻率沒有限制，因而可以將毫米亞毫米波段應用于集成接收機。

　　2.4 收發機

　　與傳統的無線收發信機的結構相比，UWB收發信機的結構相對簡單，但可以得到相同的性能。例如傳統的無線收發信機大多采用超外差式結構，而UWB收發信機采用零差結構就可得到相同的性能，實現起來也十分簡單，無需本振、功放、壓控振蕩器(VCO)、鎖相環(PLL)、混頻器等環節，如圖4所示。

　　這里UWB系統的一大優點是，使用了現代數字無線技術常用數字信號處理芯片(DSP)(軟件無線電)來產生不同的調制方式，因此可以逐步降低信 息速率，在更大的范圍內連接用戶。在接收端，天線收集的信號能量經過放大后，通過匹配濾波或相關的接收機進行處理，再經高增益門限電路恢復原來的信息。當 距離增加時，可以由發端用幾個脈沖發送同一信息比特的方式，增加接收機的信噪比，同時可以通過軟件的控制，動態地調整數據速率、功耗與距離的關系，使 UWB有極大的靈活性，這種靈活性正是功率受限未來移動計算所必須的。

3 UWB無線通信的性能特點及局限性

　　3.1 UWB無線通信的主要優點

　　通過以上分析，可以概括出UWB無線通信的主要優點有以下方面：

　　(1)從工程的角度看，UWB遠比其它無線技術簡單，UWB可以集成在一塊相對低廉的芯片中，與蜂窩電話和民用波段設備的發射功率相比，UWB 僅需要毫瓦級的發送功率，是現有無線系統的1/10～1/100。因此使用UWB產品的制造成本和售價比現有的無線系統要低得多。

　　(2)一般來說在UWB無線系統中多徑不是主要的問題，其GHz級的帶寬對應ns級的解析度，使多徑信號能在時間上進行分離，再加上采用 RAKE接收機結合時間分集，可以充分地利用發射信號的能量，因此多徑效應對現有窄帶系統性能的限制，在某種程度上對UWB有所減輕。

　　(3)可以有很高的數據傳輸速率。UWB可以在5 m～10 m的范圍內提供100 Mbit/s的數據速率，即使是“802.11”無線網絡技術(54 Mbit/s)和低能耗的藍牙技術(70 Mbit/s)也遠不能與UWB相比。同時UWB的空間容量也遠大于傳統的無線技術。

　　(4)UWB是一種安全的通信方式，這是因為理想的沖激脈沖在頻域上可以將信號能量從直流(DC)擴展到接近光波的頻域，但在實際中并不能產生 一個寬度為0的脈沖，而對于UWB來說，一個極窄的脈沖信號能量就能在頻域上跨越相當大的范圍。發射信號在這樣大的頻段范圍內平均發布，被淹沒在環境噪聲 之中，是很難被檢測到的。

　　(4)UWB有較高的穿透力，其ns級的高速脈沖可以穿透墻壁和其它物體，可以起到與雷達相同的作用。因此，UWB除應用于通信領域外，還兼有定位、車輛防撞、測距、透視等功能，且這些功能均可集于一體。

　　3.2 UWB無線通信的局限性

　　(1)影響UWB使用的一個非常實際的問題就是干擾的問題。這里有兩個方面：

　　a. UWB對其它無線系統的干擾。直到目前為止，UWB用非常寬的帶寬來收發無線電信號，而實際上并不存在如此寬的空閑頻帶，總要有部分頻帶與現有無線系統， 如航空、軍事、安全、天文等領域的無線系統使用的頻帶相重疊，甚至會對GPS等其它窄帶無線通信形成干擾。因此，在目前UWB只能得到有限的應用，可以說 UWB是一種以共享其他無線通信頻帶為前提的通信技術，其對窄帶系統潛在或嚴重的干擾仍在研究之中。

　　b. UWB受其它無線系統的干擾。如果UWB信號低于傳統超外差式接收機的門限值成立的話，那么傳統發射機發射的窄帶信號也會大于UWB接收機的門限值，因此 在UWB接收機的頻帶內，就極易受到傳統窄帶通信機的干擾，其匹配濾波器的精度、超寬帶的天線等也都不易得到滿足。

　　(2)其它方面的局限性。

　　a. 由于脈沖持續時間短，要作為相關檢測接收脈沖就需要精確的定時。另外，來自板載的微控制器產生的噪聲也是一個嚴重的問題，因為如果是傳統的收發信機，只要抑制帶外噪聲就可以了，而對于UWB來說，是不可行的。

　　b. 從本質上講，UWB可以用更窄的脈沖(得到高信號/符號率)去換取其它兩個可變的參量，即帶寬(變寬)和信噪比(S/N〈減少〉)。但要使用更大的帶寬卻 需要得到批準，同時信號在高帶寬上會平均降低S/N，導致信號/符號率和信道容量(數據速率)的下降。如果UWB的目標是得到高信道容量或高速數據速率， 那么可以通過將平均脈沖頻率提高到2 GHz 以上或將發送信號的功率提高(如果允許且不造成干擾)的方法來達到這一目的，這就會與常規的無線通信系統一樣，即UWB系統也需在帶寬效率、發送峰值功 率、復雜度、靈活支持多速率和用BER表示的性能之間取得平衡。

　　4 結束語

　　無線通信已經迅速滲透到人們的生活之中，人們對通信容量不斷增長的要求，迫切需要一種不對現有的通信系統造成影響的新的無線通信方案，而超寬帶 無線通信系統正好滿足了人們的這一要求。本文中介紹的這種人們期待的新一代的無線通信系統會逐步向民用領域的開放，目前國外已有多家公司開發出了UWB系 列產品，100 Mbit/s的芯片組也已經面市，雖然UWB仍面臨有不少的問題，但隨著各國科研人員的共同努力，在技術上會更加完善，且會更加有效地服務于人們的生活之 中。

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三. 超寬帶（UWB）無線通信技術詳解

???? 近年來，超寬帶(UWB)無線通信成為短距離、高速無線網絡最熱門的物理層技術之一。

???? 許多世界著名的大公司、研究機構、標準化組織都積極投入到超寬帶無線通信技術的研究、開發和標準化工作之中。為了使讀者對UWB技術有所了解，本講座將分3期對UWB技術進行介紹：第1期講述UWB的產生與發展、技術特點、信號成形及調制與多址技術，第2期對UWB信道、系統方案及接收機關鍵技術進行介紹，第3期介紹UWB的應用前景及標準化情況。

??? 1?? UWB的產生與發展

???? 超寬帶(UWB)有著悠久的發展歷史，但在1989年之前，超寬帶這一術語并不常用，在信號的帶寬和頻譜結構方面也沒有明確的規定。1989年，美國國防部高級研究計劃署(DARPA)首先采用超寬帶這一術語，并規定：若信號在-20dB處的絕對帶寬大于1.5GHz或相對帶寬大于25%，則該信號為超寬帶信號。此后，超寬帶這個術語才被沿用下來。

???? 其中，fH為信號在-20dB輻射點對應的上限頻率、fL為信號在-20 dB輻射點對應的下限頻率。圖1給出了帶寬計算示意圖。可見，UWB是指具有很高帶寬比(射頻帶寬與其中心頻率之比)的無線電技術。

?

???? 為探索UWB應用于民用領域的可行性，自1998年起，美國聯邦通信委員會(FCC)開始在產業界廣泛征求意見。美國NTIA等通信團體對此大約提交了800多份意見書。

???? 2002年2月，FCC批準UWB技術進入民用領域，并對UWB進行了重新定義，規定UWB信號為相對帶寬大于20%或-10dB帶寬大于500MHz的無線電信號。根據UWB系統的具體應用，分為成像系統、車載雷達系統、通信與測量系統三大類。根據FCCPart15規定，UWB通信系統可使用頻段為3.1 GHz～10.6 GHz。為保護現有系統(如GPRS、移動蜂窩系統、WLAN等)不被UWB系統干擾，針對室內、室外不同應用，對UWB系統的輻射譜密度進行了嚴格限制，規定UWB系統的最高輻射譜密度為-41.3 dBm/MHz.。圖2示出了FCC對室內、室外UWB系統的輻射功率譜密度限制。當前，人們所說的UWB是指FCC給出的新定義。

???? 自2002年至今，新技術和系統方案不斷涌現，出現了基于載波的多帶脈沖無線電超寬帶(IR-UWB)系統、基于直擴碼分多址(DS-CDMA)的UWB系統、基于多帶正交頻分復用(OFDM)的UWB系統等。在產品方面，Time-Domain、XSI、Freescale、Intel等公司紛紛推出UWB芯片組，超寬帶天線技術也日趨成熟。當前，UWB技術已成為短距離、高速無線連接最具競爭力的物理層技術。IEEE已經將UWB技術納入其IEEE802系列無線標準，正在加緊制訂基于UWB技術的高速無線個域網(WPAN)標準IEEE802.15.3a和低速無線個域網標準IEEE802.15.4a。以Intel領銜的無線USB促進組織制訂的基于UWB的W-USB2.0標準即將出臺。無線1394聯盟也在抓緊制訂基于UWB技術的無線標準?？梢灶A見，在未來的幾年中，UWB將成為無線個域網、無線家庭網絡、無線傳感器網絡等短距離無線網絡中占據主導地位的物理層技術之一。

???? 2?? UWB的技術特點

???? (1)傳輸速率高，空間容量大

???? 根據仙農(Shannon)信道容量公式，在加性高斯白噪聲(AWGN)信道中，系統無差錯傳輸速率的上限為：

???? C=B×log2(1+SNR)　　　(1)

???? 其中，B(單位：Hz)為信道帶寬，SNR為信噪比。在UWB系統中，信號帶寬B高達500MHz～7.5GHz。因此，即使信噪比SNR很低，UWB系統也可以在短距離上實現幾百兆至1Gb/s的傳輸速率。例如，如果使用7 GHz帶寬，即使信噪比低至-10 dB，其理論信道容量也可達到1 Gb/s。因此，將UWB技術應用于短距離高速傳輸場合(如高速WPAN)是非常合適的，可以極大地提高空間容量。理論研究表明，基于UWB的WPAN可達的空間容量比目前WLAN標準IEEE 802.11.a高出1～2個數量級。

???? (2)適合短距離通信

???? 按照FCC規定，UWB系統的可輻射功率非常有限，3.1GHz～10.6GHz頻段總輻射功率僅0.55mW，遠低于傳統窄帶系統。隨著傳輸距離的增加，信號功率將不斷衰減。因此，接收信噪比可以表示成傳輸距離的函數SNRr (d )。根據仙農公式，信道容量可以表示成距離的函數

???? C(d)=B×log2[1+SNRr(d )]　 (2)

???? 另外，超寬帶信號具有極其豐富的頻率成分。眾所周知，無線信道在不同頻段表現出不同的衰落特性。由于隨著傳輸距離的增加高頻信號衰落極快，這導致UWB信號產生失真，從而嚴重影響系統性能。研究表明，當收發信機之間距離小于10m時，UWB系統的信道容量高于5GHz頻段的WLAN系統，收發信機之間距離超過12m時，UWB系統在信道容量上的優勢將不復存在。因此，UWB系統特別適合于短距離通信。

???? (3)具有良好的共存性和保密性

???? 由于UWB系統輻射譜密度極低(小于-41.3dBm/MHz)，對傳統的窄帶系統來講，UWB信號譜密度甚至低至背景噪聲電平以下，UWB信號對窄帶系統的干擾可以視作寬帶白噪聲。因此，UWB系統與傳統的窄帶系統有著良好的共存性，這對提高日益緊張的無線頻譜資源的利用率是非常有利的。同時，極低的輻射譜密度使UWB信號具有很強的隱蔽性，很難被截獲，這對提高通信保密性非常有利。

???? (4)多徑分辨能力強，定位精度高

???? 由于UWB信號采用持續時間極短的窄脈沖，其時間、空間分辨能力都很強。因此，UWB信號的多徑分辨率極高。極高的多徑分辨能力賦予UWB信號高精度的測距、定位能力。對于通信系統，必須辯證地分析UWB信號的多徑分辨力。無線信道的時間選擇性和頻率選擇性是制約無線通信系統性能的關鍵因素。在窄帶系統中，不可分辨的多徑將導致衰落，而UWB信號可以將它們分開并利用分集接收技術進行合并。因此，UWB系統具有很強的抗衰落能力。但UWB信號極高的多徑分辨力也導致信號能量產生嚴重的時間彌散(頻率選擇性衰落)，接收機必須通過犧牲復雜度(增加分集重數)以捕獲足夠的信號能量。這將對接收機設計提出嚴峻挑戰。在實際的UWB系統設計中，必須折衷考慮信號帶寬和接收機復雜度，得到理想的性價比。

???? (5)體積小、功耗低

???? 傳統的UWB技術無需正弦載波，數據被調制在納秒級或亞納秒級基帶窄脈沖上傳輸，接收機利用相關器直接完成信號檢測。收發信機不需要復雜的載頻調制/解調電路和濾波器。因此，可以大大降低系統復雜度，減小收發信機體積和功耗。FCC對UWB的新定義在一定程度上增加了無載波脈沖成形的實現難度，但隨著半導體技術的發展和新型脈沖產生技術的不斷涌現，UWB系統仍然繼承了傳統UWB體積小、功耗低的特點。

???? 3?? UWB脈沖成形技術

???? 任何數字通信系統，都要利用與信道匹配良好的信號攜帶信息。對于線性調制系統，已調制信號可以統一表示為：

???? s(t)=∑Ing(t -T )　　　　　　　　　　　 (3)

???? 其中，In為承載信息的離散數據符號序列；T為數據符號持續時間；

???? g(t)為時域成形波形。通信系統的工作頻段、信號帶寬、輻射譜密度、帶外輻射、傳輸性能、實現復雜度等諸多因素都取決于g(t)的設計。

???? 對于UWB通信系統，成形信號g(t)的帶寬必須大于500MHz，且信號能量應集中于3.1 GHz～10.6 GHz頻段。早期的UWB系統采用納秒/亞納秒級無載波高斯單周脈沖，信號頻譜集中于2 GHz以下。FCC對UWB的重新定義和頻譜資源分配對信號成形提出了新的要求，信號成形方案必需進行調整。近年來，出現了許多行之有效的方法，如基于載波調制的成形技術、Hermit正交脈沖成形、橢圓球面波(PSWF)正交脈沖成形等。

???? 3.1高斯單周脈沖

???? 高斯單周脈沖即高斯脈沖的各階導數，是最具代表性的無載波脈沖。各階脈沖波形均可由高斯一階導數通過逐次求導得到。

???? 隨著脈沖信號階數的增加，過零點數逐漸增加，信號中心頻率向高頻移動，但信號的帶寬無明顯變化，相對帶寬逐漸下降。早期UWB系統采用1階、2階脈沖，信號頻率成分從直流延續到2GHz。按照FCC對UWB的新定義，必須采用4階以上的亞納秒脈沖方能滿足輻射譜要求。圖3為典型的2ns高斯單周脈沖。

???? 3.2載波調制的成形技術

???? 原理上講，只要信號-10dB帶寬大于500MHz即可滿足UWB要求。因此，傳統的用于有載波通信系統的信號成形方案均可移植到UWB系統中。此時，超寬帶信號設計轉化為低通脈沖設計，通過載波調制可以將信號頻譜在頻率軸上靈活地搬移。

???? 有載波的成形脈沖可表示為：

???? w(t)=p(t)cos(2πfct)(0≤t ≤Tp)　　　 (4)

???? 其中，p(t)為持續時間為Tp的基帶脈沖；fc為載波頻率，即信號中心頻率。若基帶脈沖p(t)的頻譜為P(f )，則最終成形脈沖的頻譜為：

???? 可見，成形脈沖的頻譜取決于基帶脈沖p(t)，只要使p(t)的-10dB帶寬大于250 MHz，即可滿足UWB設計要求。通過調整載波頻率fc可以使信號頻譜在3.1 GHz～10.6 GHz范圍內靈活移動。若結合跳頻(FH)技術，則可以方便地構成跳頻多址(FHMA)系統。在許多IEEE 802.15.3a標準提案中采用了這種脈沖成形技術。圖4為典型的有載波修正余弦脈沖，中心頻率為3.35 GHz，-10 dB帶寬為525 MHz。

???? 3.3Hermite正交脈沖

???? Hermite脈沖是一類最早被提出用于高速UWB通信系統的正交脈沖成形方法。結合多進制脈沖調制可以有效地提高系統傳輸速率。這類脈沖波形是由Hermite多項式導出的。這種脈沖成形方法的特點在于：能量集中于低頻，各階波形頻譜相差大，需借助載波搬移頻譜方可滿足FCC要求。

???? 3.4PSWF正交脈沖

???? PSWF脈沖是一類近似的“時限-帶限”信號，在帶限信號分析中有非常理想的效果。

???? 與Hermite脈沖相比，PSWF脈沖可以直接根據目標頻段和帶寬要求進行設計，不需要復雜的載波調制進行頻譜般移。因此，PSWF脈沖屬于無載波成形技術，有利于簡化收發信機復雜度。

???? 4?? UWB調制與多址技術

???? 調制方式是指信號以何種方式承載信息，它不但決定著通信系統的有效性和可靠性，同時也影響信號的頻譜結構、接收機復雜度。對于多址技術解決多個用戶共享信道的問題，合理的多址方案可以在減小用戶間干擾的同時極大地提高多用戶容量。在UWB系統中采用的調制方式可以分為兩大類：基于超寬帶脈沖的調制、基于OFDM的正交多載波調制。多址技術包括：跳時多址、跳頻多址、直擴碼分多址、波分多址等。系統設計中，可以對調制方式與多址方式進行合理的組合。

???? 4.1UWB調制技術

???? (1)脈位調制

???? 脈位調制(PPM)是一種利用脈沖位置承載數據信息的調制方式。按照采用的離散數據符號狀態數可以分為二進制PPM(2PPM)和多進制PPM(MPPM)。在這種調制方式中，一個脈沖重復周期內脈沖可能出現的位置有2個或M個，脈沖位置與符號狀態一一對應。根據相鄰脈位之間距離與脈沖寬度之間關系，又可分為部分重疊的PPM和正交PPM(OPPM)。在部分重疊的PPM中，為保證系統傳輸可靠性，通常選擇相鄰脈位互為脈沖自相關函數的負峰值點，從而使相鄰符號的歐氏距離最大化。在OPPM中，通常以脈沖寬度為間隔確定脈位。接收機利用相關器在相應位置進行相干檢測。鑒于UWB系統的復雜度和功率限制，實際應用中，常用的調制方式為2PPM或2OPPM。

???? PPM的優點在于：它僅需根據數據符號控制脈沖位置，不需要進行脈沖幅度和極性的控制，便于以較低的復雜度實現調制與解調。因此，PPM是早期UWB系統廣泛采用的調制方式。但是，由于PPM信號為單極性，其輻射譜中往往存在幅度較高的離散譜線。如果不對這些譜線進行抑制，將很難滿足FCC對輻射譜的要求。

???? (2)脈幅調制

???? 脈幅調制(PAM)是數字通信系統最為常用的調制方式之一。在UWB系統中，考慮到實現復雜度和功率有效性，不宜采用多進制PAM(MPAM)。UWB系統常用的PAM有兩種方式：開關鍵控(OOK)和二進制相移鍵控(BPSK)。前者可以采用非相干檢測降低接收機復雜度，而后者采用相干檢測可以更好地保證傳輸可靠性。

???? 與2PPM相比，在輻射功率相同的前提下，BPSK可以獲得更高的傳輸可靠性，且輻射譜中沒有離散譜線。

???? (3)波形調制

???? 波形調制(PWSK)是結合Hermite脈沖等多正交波形提出的調制方式。在這種調制方式中，采用M個相互正交的等能量脈沖波形攜帶數據信息，每個脈沖波形與一個M進制數據符號對應。在接收端，利用M個并行的相關器進行信號接收，利用最大似然檢測完成數據恢復。由于各種脈沖能量相等，因此可以在不增加輻射功率的情況下提高傳輸效率。在脈沖寬度相同的情況下，可以達到比MPPM更高的符號傳輸速率。在符號速率相同的情況下，其功率效率和可靠性高于MPAM。由于這種調制方式需要較多的成形濾波器和相關器，其實現復雜度較高。因此，在實際系統中較少使用，目前僅限于理論研究。

???? (4)正交多載波調制

???? 傳統意義上的UWB系統均采用窄脈沖攜帶信息。FCC對UWB的新定義拓廣了UWB的技術手段。原理上講，-10dB帶寬大于500MHz的任何信號形式均可稱作UWB。在OFDM系統中，數據符號被調制在并行的多個正交子載波上傳輸，數據調制/解調采用快速傅里葉變換/逆快速傅里葉變換(FFT/IFFT)實現。由于具有頻譜利用率高、抗多徑能力強、便于DSP實現等優點，OFDM技術已經廣泛應用于數字音頻廣播(DAB)、數字視頻廣播(DVB)、WLAN等無線網絡中，且被作為B3G/4G蜂窩網的主流技術。

???? 4.2UWB多址技術

???? (1)跳時多址

???? 跳時多址(THMA)是最早應用于UWB通信系統的多址技術，它可以方便地與PPM調制、BPSK調制相結合形成跳時-脈位調制(TH-PPM)、跳時-二進制相移鍵控系統方案。這種多址技術利用了UWB信號占空比極小的特點，將脈沖重復周期(Tf，又稱幀周期)劃分成Nh個持續時間為Tc的互不重疊的碼片時隙，每個用戶利用一個獨特的隨機跳時序列在Nh個碼片時隙中隨機選擇一個作為脈沖發射位置。在每個碼片時隙內可以采用PPM調制或BPSK調制。接收端利用與目標用戶相同的跳時序列跟蹤接收。

???? 由于用戶跳時碼之間具有良好的正交性，多用戶脈沖之間不會發生沖突，從而避免了多用戶干擾。將跳時技術與PPM結合可以有效地抑制PPM信號中的離散譜線，達到平滑信號頻譜的作用。由于每個幀周期內可分的碼片時隙數有限，當用戶數很大時必然產生多用戶干擾。因此，如何選擇跳時序列是非常重要的問題。

???? (2)直擴-碼分多址

???? 直擴-碼分多址(DS-CDMA)是IS-95和3G移動蜂窩系統中廣泛采用的多址方式，這種多址方式同樣可以應用于UWB系統。在這種多址方式中，每個用戶使用一個專用的偽隨機序列對數據信號進行擴頻，用戶擴頻序列之間互相關很小，即使用戶信號間發生沖突，解擴后互干擾也會很小。但由于用戶擴頻序列之間存在互相關，遠近效應是限制其性能的重要因素。因此，在DS-CDMA系統中需要進行功率控制。在UWB系統中，DS-CDMA通常與BPSK結合。

???? (3)跳頻多址

???? 跳頻多址(FHMA)是結合多個頻分子信道使用的一種多址方式，每個用戶利用專用的隨機跳頻碼控制射頻頻率合成器，以一定的跳頻圖案周期性地在若干個子信道上傳輸數據，數據調制在基帶完成。若用戶跳頻碼之間無沖突或沖突概率極小，則多用戶信號之間在頻域正交，可以很好地消除用戶間干擾。原理上講，子信道數量越多則容納的用戶數量越大，但這是以犧牲設備復雜度和功耗為代價的。在UWB系統中，將3.1GHz～10.6GHz頻段分成若干個帶寬大于500MHz的子信道，根據用戶數量和設備復雜度要求選擇一定數量的子信道和跳頻碼解決多址問題。FHMA通常與多帶脈沖調制或OFDM相結合，調制方式采用BPSK或正交移相鍵控(QPSK)。

???? (4)PWDMA

???? PWDMA是結合Hermite等正交多脈沖提出的一種波分多址方式。每個用戶分別使用一種或幾種特定的成形脈沖，調制方式可以是BPSK、PPM或PWSK。由于用戶使用的脈沖波形之間相互正交，在同步傳輸的情況下，即使多用戶信號間相互沖突也不會產生互干擾。通常正交波形之間的異步互相關不為零，因此在異步通信的情況下用戶間將產生互干擾。目前，PWDMA僅限于理論研究，尚未進入實用階段。