無線技術日趨發達的今天，各種各樣的無線終端和數碼設備等多媒體設備及應用在不斷增加。數字高清電視、數字高清影碟機、數碼音響系統、數碼相機和數碼攝像機等已經走入尋常百姓家。家庭市場" title="家庭市場">家庭市場對于多媒體設備間的高速無線互連的需求也更為迫切，人們的愿望已經不單單局限于“連接”，而是希望有更高的傳輸速率。新技術的發展趨勢促使消費類應用對于無線技術的需求日益提高。便攜設備當中日益強大的內存功能、數字圖像及影像中不斷擴大的檔案容量以及消費類多媒體應用都對圖像及影像提出了更高質量和更高清晰度的需求，這都要求有更高的無線數據速率支持。此外，無線設備還需要提供低功耗的操作，并且要體積小巧。但是現有的技術方案顯然很難滿足家庭市場的特殊要求，導致家庭網絡市場在尋找適合自己的無線解決方案。
幾十年來，經典的無線設計一直在數據速率、芯片級實施成本及系統總體功耗之間進行權衡。家庭無線市場比較特殊，因為它同時要求高數據速率(以支持多個數字音視頻流)、非常低的成本(以利于消費者廣泛接受)以及非常低的功耗(以便能嵌入到電池供電的手持設備)。飛思卡爾以全新方式設計出的超寬帶" title="超寬帶">超寬帶(Ultra Wideband,UWB)無線通信系統，對家庭市場的這一需求做出了響應。
1 家庭市場多媒體應用所需要的解決方案
家庭的無線高速互連首先必須是無縫連接，以最大程度地降低干擾，實現高速率的數據傳輸，滿足高清晰度電視、音響系統和數字攝像機等音視頻數據流的需求。此外，它還應能傳輸大容量的多媒體文件，如MP3曲目庫和MPEG電影文件等。
如今的消費電子以娛樂為主，有很多是由電池驅動的手持設備，成本也在不斷下降。此外，支持多個數字音視頻流的網絡互連要求更高的數據帶寬。數字顯示設備(等離子和液晶顯示器)、PDA和MP3播放器等全數據格式的設備，其數據率從每秒數百Kbps(如MP3的數據率為320kbps)，到幾十Mbps(如MPEG2格式的DVD數據率是10Mbps，而MPEG2 HD則高達25Mbps)。要想為這些設備增加無線連接功能，必須做到速度快(高數據率)，功耗低(以增加電池使用時間)和價格經濟(吸引消費者)。
在過去的一年里，超寬帶無線通信技術以其特有的技術優勢，在世界各國受到了普遍關注和研究開發。在中國，由于得到了政府部門、研究機構和企業的大力扶持，超寬帶技術的研究和產品的開發都得到了迅速發展。青島海爾集團和上海環旭電子集團與飛思卡爾半導體有限公司合作，率先展示并推出了超寬帶高清電視和家庭媒體中心等產品和系統。
綜上所述，超寬帶系統目前廣泛應用于家庭娛樂系統的無線連接，如家庭媒體中心、機頂盒、電腦、各種播放器等與大屏幕高清電視的連接，而且也非常適用于各種移動設備和娛樂設備之間的連接，如手機和電腦等，所以業界普遍認為它是未來短距離高速無線系統的最佳解決方案之一。
2 超寬帶系統的技術及方案
基于全向天線的FCC規劃對室內UWB系統的發射功率限制如圖1所示。FCC的頻率規劃是將3.1G~10.6GHz的頻段分給UWB的設備做帶內頻段使用，而在該頻率范圍之外的DS-UWB" title="DS-UWB">DS-UWB的發射是帶外的(OOB)且是無意發射。分配給UWB的這一帶寬使得人們能夠首次構建一種免除瑞利衰落影響的通信系統。
目前提交給IEEE802.15.3a的直接序列UWB(DS-UWB)方案將帶內頻譜分為2段，低頻段為3.1G~4.9GHz，高頻段為6G～10.6GHz。它以猝發的高碼片" title="碼片">碼片速率的沖激小波" title="小波">小波脈沖發射數據分組，其中直擴序列中的一個“碼片”就是一個小波。小波的連續發射可以獲得很高的碼片速率。這些小波是由每碼片3個射頻周期組成，小波之間的間隔為3個周期，使中心頻率恰好3倍于碼片速率。通過觀察DS-UWB方案的波形及頻譜發現：高頻段與低頻段的波形看起來完全相同，它們之間只是一種簡單的2倍關系，即二者的中心頻率與持續時間都是2倍的關系，二者都是采用3個周期的小波。
三周期小波的包絡通過濾波器整形以滿足FCC對帶外發射功率的限制。用反極性BPSK或QPSK調制小波來攜帶信息。數據比特通過一個白化器與前向糾錯。這些經過前向糾錯編碼的比特被用來調制由L個碼片組成的符號，而這個L個碼片對應于L個長度的符號碼。發射的符號根據前向糾錯編碼比特的值被翻轉或者不翻轉，符號碼是三元碼：{+1，0，-1}。通過改變符號長度L及選擇BPSK和QPSK的調制方式來控制原始數據速率。
無線電通過由連續發射的一系列符號組成的數據分組來交流信息。數據分組結構包括前導碼、頭比特及凈荷。前導碼由一個基于偽隨機噪聲序列的多項式和幀起始標志序列組成。前導碼可用于時鐘捕獲及數據對齊，也可用于信號處理算法的訓練，諸如Rake及判決反饋均衡。分組頭攜帶關于數據分組的有關信息，諸如凈荷長度、凈荷所用速率(或碼長及FEC速率)、確保數據完整性的校驗和、接收機的地址等。最終的分組長度取決于凈荷中包含的數據比特、FEC的速率、碼長以及前導碼和分組頭的長度。構成數據分組發射能量的猝發脈沖的長度和占空比取決于分組大小、MAC開銷及特定鏈路的吞吐量需求。最后，802.15.3a MAC層的協調器通過給每個鏈路分配時隙來管理數據分組的持續時間與相互間隔。對于相同的吞吐量與覆蓋范圍而言，射頻速率越高占空比越低，從而活動因子越低而總的容量越大。
3 DS－UWB為何被稱為無載波技術
DS-UWB被稱為無載波技術有如下3個原因。(1)其系統帶寬等于基礎小波或脈沖的帶寬。通常，基于載波的系統都采用具有固定帶寬的信號，而且通過與載波混頻可以將其搬移到任意中心頻率上。這種固定帶寬的搬移不同于DS-UWB的情形。DS－UWB與沖激UWB密切相關，基礎脈沖就位于射頻RF,并不需要頻譜搬移。(2)其系統帶寬并不固定，即帶寬并非與中心頻率“載波”無關，而是與中心頻率成比例，因此并不是固定帶寬的信號做頻譜搬移。(3)其帶寬與脈沖寬度或小波長度成反比。DS－UWB技術指標中的基礎脈沖或小波的長度總是三周期，其結果是帶寬隨中心頻率的增大而增大。如以4GHz為中心的DS－UWB射頻帶寬為2GHz，而以8GHz為中心的DS－UWB射頻帶寬為4GHz，因為當中心頻率加倍，小波長度減半，所以帶寬也隨之變化。小波長度減半是因為射頻周期減半。選擇三周期長的脈沖是為了產生3.1G~4.9GHz帶寬，射頻周期數再少則生成發射帶寬就會太寬，射頻周期數再多則發射帶寬就會太窄。3個射頻周期恰好實現DS-UWB的雙頻帶的規劃。
雖然也可以將系統所使用的小波改成其它不同的周期數，但是將碼片速率與射頻中心頻率之間保持整數倍的關系是有好處的。碼片速率與射頻中心頻率之間的整數關系使得所有脈沖都完全相同，就像脈沖是用經典的脈沖形成一樣。整數關系使得每個脈沖的積分都為零，即沒有直流分量。當不是整數關系時，一些脈沖有正分量，一些脈沖有負分量。在窄帶系統中，這點并不明顯，因為直流偏置相對于主要脈沖能量較小。窄帶系統在任何調制狀態變化之間都有很多射頻周期，因此通常忽略直流DC項。即便是在最壞的情況下，窄帶系統在其眾多射頻周期中也只有1/2個周期會受到影響。例如，500個周期中的1/2個周期再加上緩慢的上升和下降沿其所占的比重遠小于-30dB，一般可以忽略。但是對于DS-UWB而言，脈沖如此短以至于DC偏置的影響非常明顯。例如，一個
周期信號積分所得DC分量比3周期脈沖全部的能量低8dB。除了DC分量，這些半周期或分數周期瞬態過程也導致了頻譜擴展噪聲，會屏蔽有用信號。整數關系強制BPSK調制僅在過零點處進行，從而將頻譜擴展最小化。
整數關系也有利于簡化用于信號捕獲和跟蹤的硬件。保持整數關系甚至可以不使用中心頻率“載波”來對信號進行相干解碼，就象非相干的方式一樣，只需要碼片速率。在典型CDMA系統中，碼片速率和符號速率均與射頻中心頻率無關。然而，DS-UWB固有的無載波特性，使得構建DS-UWB系統非常簡單。在通常的CDMA系統中，必須使用多個跟蹤環來鎖定輸入信號：一個環用于鎖定載波。一旦載波被鎖定，另一個環就將鎖定碼片速率。因為DS-UWB是無載波的，就不需要載波跟蹤環，而只需要鎖定某一時鐘，即碼片速率或符號速率。其主要原因是所有時鐘都是相關的，一旦知道一個就相當于知道其它所有的時鐘了。
碼片速率與射頻中心頻率之間保持整數關系還有一個優點：捕獲和跟蹤電路可以工作在頻率相對較低的碼片速率或符號速率上，而不是在射頻上，因為它們是相關的。例如早期的DS-UWB概念驗證系統就是使用硬件實現的模擬編碼處理器來分析來自天線的射頻信號，而該處理器的輸出是脈沖重復頻率為符號速率的沖激脈沖串。這種情形下，DS-UWB只需要鎖定符號速率時鐘即可。跟蹤符號速率也是有其優點的，因為符號信噪比遠大于碼片的信噪比。