2.5 其他短距离无线通信技术与标准

2.5.1 ISA100.11a

ISA100.11a是由国际自动化学会（International Society of Automation,ISA）下属的ISA100工业无线委员会制定，该委员会致力于通过制定一系列标准、建议操作规程、起草技术报告来定义工业环境下的无线系统相关规程和实现技术。ISA100.11a标准的主要内容包括工业无线的网络构架、共存性、健壮性、与有线现场网络的互操作性等，其定义的工业无线设备包括传感器、执行器、无线手持设备等现场自动化设备。ISA100.11a标准希望工业无线设备以低复杂度、低成本、低功耗和适当的通信数据速率来支持工业现场应用。

ISA100.11a标准的目标是将各种传感器以无线的方式集成到各种应用中，ISA100.11a网络层采用 IPv6协议，主要负责网络层帧头的装载和解析、数据报文的分片和重组、IPv6帧头的HC1压缩方案以及6LoWPAN的路由技术等。

ISA100.11a在遵循美国、欧洲、加拿大、日本等国家相关规范的前提下，可以在全世界范围内应用。如果一些地区的政策和法规不允许实现某些特征（如加解密算法的使用和无线电频谱使用限制等），可通过对ISA100.11a设备进行针对性的配置，使其不具备这些特征。

ISA100.11a标准遵循公认的ANSI标准化流程，标准的制定过程一直立足于用户的需求。ISA100.11a标准是用于工业传感器和执行器网络的多功能标准，它可以为众多应用提供可靠、安全的运行方案。ISA100.11a通过简单的无线基础结构能够支持多种协议，如HART（Highway Addressable Remote Transducer）、Profibus、Modbus、FF（Foudation Fieldbus）等，以满足工业自动化的多种不同的应用需求。

ISA100.11a标准是第一个开放的、面向于多种工业应用的标准，其主要特征如下。

（1）提供过程工业应用服务，包括工厂自动化。

（2）在工厂内及工厂附近使用。

（3）全球部署。

（4）提供等级1（非关键）到等级5的应用。

（5）保证不同厂家设备的互操作性。

（6）跳信道的方式支持共存和增加可靠性。

（7）使用一个简单的应用层提供本地和隧道协议，以实现广泛的可用性。

（8）针对IEEE 802.15.4-2006安全的主要工业威胁，提供简单、灵活、可选的安全方法。

（9）现场设备具有支持网状和星型结构的能力。

为满足工业应用的需求，ISA100.11a支持多种网络拓扑，如星型拓扑、网状拓扑等。星型网络拓扑结构容易实现，实时性高，但仅限单跳范围。网状结构拓扑结构灵活，便于配置和扩展，同时具备良好的稳定性。为了扩大网络覆盖面积，在ISA100.11a网络结构中引入了骨干网，骨干网是一个高速网络，可以减小数据时延。所有现场设备通过骨干路由器接入骨干网，由现场设备和骨干路由器组成的网络为ISA100.11a DL子网。ISA100.11a DL子网不含骨干网就组成了ISA100.11a网络。如果ISA100.11a网络中没有骨干网，ISA100.11a DL子网包括现场设备和网关，就等同于ISA100.11a网络。

如果ISA100.11a网络中有骨干网，ISA100.11a DL子网只包含现场设备和骨干路由器， 否则ISA100.11a网络包含所有相关DL子网骨干路由器和网关。

ISA100.11a定义了以下5种类型的设备角色。

（1）上位机控制系统。它是用户、工程师与ISA100.11a系统实现交互的平台。

（2）网关（Gateway）。它提供了上位机和网络的接口，也是与其他工厂级网络的接口。一个ISA100.11a网络系统中可以存在多个网关。

（3）骨干路由器（Backbone Router,BBR）。它是ISA100.11a骨干网络的基础设施，负责骨干网中的数据路由。ISAl00.11a骨干网上的通信协议可以是无线协议，如Wi-Fi，也可以是有线协议，如标准以太网，即ISA100.11a的骨干网是其他高性能的网络。

（4）现场设备（Field Device,FD）。它有终端节点设备和现场路由器两种。终端节点设备一般带有传感器/执行器。现场路由器除了具有传感器/执行器外，还具有路由功能，可以在ISA100.11a DL子网内负责路由终端节点设备的数据。

（5）手持设备（Handheld Device）。它是访问ISA100.11a系统的设备，用于现场维护与配置设备。

2.5.2 WirelessHART

WirelessHART（Highway Addressable Remote Transducer）的全称是无线可寻址远程传感器高速通道，是第一个开放式的可互操作无线通信标准，用于满足流程工业对于实时工厂应用中可靠、稳定和安全的无线通信的关键需求。WirelessHART通信标准是建立在已有的经过现场测试的国际标准上的，其包括HART协议（IEC 61158）、 EDDL （IEC 61804-3）、IEEE 802.15.4无线电和跳频、扩频和网状网络技术。2008年9月，经过29个国家投票表决， WirelessHART 通信规范（HART7.1）正式获得国际电工标准委员会（IEC）的认可，成为一种公共可用的规范（IEC/PAS 62591Ed.1）。

WirelessHART是用于过程自动化的无线网状网络通信协议，除了保持现有HART设备、命令和工具的能力，它增加了HART协议的无线能力。每个WirelessHART网络包括3个主要组成部分。

（1）连接到过程或工厂设备的无线现场设备。

（2）使这些设备能与连接到高速背板的主机应用程序或其他现有厂级通信网络进行连接的网关。

（3）负责配置网络、调度设备间通信、管理报文路由和监视网络健康的网管软件。网管软件能和网关、主机应用程序或过程自动化控制器集成到一起。

该网络使用兼容运行在2.4GHz工业、科学和医药（ISM）频段上的无线电IEEE 802.15.4标准。无线电采用直接序列扩频（DSSS）、通信安全与可靠的信道跳频、时分多址（TDMA）同步、网络上设备间延控通信（Latency-controlled Communications）等技术，实践证明，该技术在现场实验和各种过程控制行业的实际安装中是可行的。

在网状网络中的每个设备都能作为路由器用于转发其他设备的报文。换句话说，一个设备并不能直接与网关通信，但是可以转发它的报文到下一个最近的设备，这扩大了网络的范围，提供冗余的通信路由，从而增加可靠性。为确保冗余路由仍是开放的和畅通无阻的，报文持续在冗余的路径间交替。因此，就像因特网一样，如果报文不能到达一个路径的目的地，它会自动重新路由，从而沿着一个已知好的、冗余的路径传输而没有数据损失。

网状设计也使增加或移动设备容易。只要设备在网络其他设备的范围内，它就能通信。此外，WirelessHART协议支持多种报文模式，包括过程和控制值单向发布、异常自发通知、Ad-Hoc请求响应和海量数据包的自动分段成组传输（Auto-segmented Block Transfers）。这些能力允许按应用要求定制通信，从而可以降低功率消耗和使用费用。

2.5.3 WIA-PA

面向工业过程自动化的工业无线网络标准（Wireless Networks for Industrial Automation Process Automation,WIA-PA）是具有中国自主知识产权、符合中国工业应用国情的一种无线标准体系。WIA-PA标准是由863先进制造技术领域《工业无线技术及网络化测控系统研究与开发》项目（2007AA041201）提出的，是基于 IEEE 802.15.4 标准的用于工业过程测量、监视与控制的无线网络系统。WIA-PA 网络采用星型和网状结合的两层网络拓扑结构，如图2-18所示。第一层的网状结构，由网关和路由设备组成；第二层的星型结构，由路由设备及现场设备或手持设备组成。

WIA-PA 网络由主控计算机、网关设备、路由设备、现场设备和手持设备5 类物理设备构成。此外还定义了两类逻辑设备：网络管理器、安全管理器，在实现时可位于网关或者主控计算机中。

WIA-PA 网络协议遵循ISO/OSI 的七层结构，但只定义了数据链路子层、网络层、应用子层，如图2-19所示。

WIA-PA 为两层拓扑结构，其下层为星型结构，由簇首和簇成员构成；上层为网状结构，由网关和各簇首（兼作路由设备）构成。这样的设计保证簇成员不必选择传输路径，仅一跳即可将测量信息传送给簇首，克服了网状拓扑传送延迟的不确定性，又能利用网状结构节点部署的灵活性和多路径抗干扰的能力，平衡了工业自动化要求无线传输确定性和可靠性的矛盾。

WIA-PA 网络中使用集中式管理和分布式管理相结合的管理架构。集中式管理由网络管理者和安全管理者集中完成，它们直接管理路由设备和现场设备。在网络管理者和安全管理者直接对现场设备进行管理时，路由设备只执行管理信息的转发，不承担簇首角色。分布式管理由网络管理者/安全管理者和簇首共同完成，网络管理者/安全管理者直接管理路由设备，并将对现场设备的管理权限下放给路由设备，路由设备承担簇首角色，执行网络管理者/安全管理者代理的功能。这一设计克服了全网状结构的网管采用集中管理的可能弊端，便于维护网络的长期可靠运行。

2.5.4 Z-Wave

Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。Z-Wave 是由丹麦公司 Zensys 一手主导的无线组网规格，Z-wave 联盟（Z-wave Alliance）虽然没有ZigBee联盟强大，但是Z-wave联盟的成员均是已经在智能家居领域有现行产品的厂商，该联盟已经具有160多家国际知名公司，范围基本覆盖全球各个国家和地区。Z-Wave的工作频段为908.42MHz（美国）和868.42MHz（欧洲），采用FSK（BFSK/GFSK）调制方式，数据传输速率为9.6 Kbit/s，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动了低速率无线个人区域网的应用。

Z-Wave采用了动态路由技术，每个Slave内部都存有一个路由表，该路由表由Controller写入。存储信息为该Slave入网时周边存在的其他Slave的NodeID信息。这样每个Slave都知道周围有哪些Slaves，而Controller存储了所有Slaves的路由信息。当控制节点Controller与受控Slave的距离超出最大控制距离时，Controller会调用最后一次正确控制该Slave的路径发送命令，如该路径失败，则从第一个Slave开始重新检索新的路径。

Z-Wave的优点主要体现在以下几个方面。

（1）成本小。Z-Wave技术专门针对窄带应用并采用创新的软件解决方案取代成本高的硬件，因此只需花费其他类似技术的一小部分成本就可以组建高质量的无线网络。Z-Wave 系统在一个家庭应用系统中能够实现233个节点、能够实现节点间的通信路由。虽然它的系统没能做到像 ZigBee 那样庞大，但是这个系统对于家庭控制来说已经足够了，这就保证了Z-Wave的低成本。另外Z-Wave技术使用的带宽仅有9.6 Kbit/s，这也是低成本的一个重要因素，除此之外，Z-Wave 置于一个集成的模块里，例如，第二代单芯片 ZW02012-Wave 就是多种器件集成在单个芯片上，从而大大降低了开发成本。

（2）功耗低。使用 Z-Wave 技术的家庭设施由于在控制及信息交换中的通信量较低，因此十几Kbit/s的通信速率已经足够胜任这个通信负荷，完全可以采用电池供电，从而降低了家用设施的运行功耗。

（3）可靠性高。Z-Wave为双向传输的无线通信技术，运用此技术可以在摇控器上显示操控信息与状态信息，传统的单向红外线遥控器就难以实现此种设计。同时Z-Wave 网络是一种以点对点为主的通信网络，它不会由于一个节点的故障而影响其他节点的工作。该技术不像其他的射频技术一样，使用公共频带进行传输，而是采用双向应答式的传送机制、压缩帧格式、随机式的逆演算法减少失真和干扰。另外，现在Z-Wave的传输带宽从最初的9.6 Kbit/s提升至40 Kbit/s后，也将会进一步开始考虑提供加密的措施。此举一旦成功，在安全可靠性方面，Z-Wave将会进一步加强。

（4）覆盖面广。控制系统大都受距离和可靠性的限制，因此以往大部分控制系统需要有线连接来确保对整幢建筑的覆盖。Z-Wave可支持网状网络拓扑，其多点对多点的连接方式可提供更高的可靠性以及更大的覆盖范围。该技术中集成的动态路由机制实现了虚拟的无限制信号传输范围，每个 Z-Wave 设备都可以将信号从一个设备重传至另一个设备，从而可以保证信号非常可靠地传输覆盖到整个家庭范围。

Z-Wave是一种结构简单、成本低廉、性能可靠的无线通信技术，通过Z-Wave技术构建的无线网络，不仅可以通过本网络设备实现对家电的遥控，甚至可以通过因特网对 Z-Wave网络中的设备进行控制，如远程监控、远程照明控制等。随着 Z-Wave 联盟的不断扩大，该技术的应用也将不仅仅局限于智能家居方面，在酒店控制系统、工业自动化、农业自动化等多个领域，都将会发现Z-Wave无线网络的身影。

2.5.5 RFID

无线射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）是20世纪90年代开始兴起的一种近距离非接触双向通信与识别技术。RFID 利用射频信号通过空间耦合（交变电磁场）实现无接触式的信息传递，通过传递的信息识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

射频识别应用占据的频段或频点大部分位于ISM波段之中。典型的工作频率有：125 kHz、13.56 MHz、433 MHz、902~928 MHz、2.45 GHz、5.8 GHz等。从应用概念来说，射频标签的工作频率也就是射频识别系统的工作频率。从信息传递的基本原理来说，RFID 技术在低频段采用基于类似变压器耦合模型的初级与次级之间的能量传递及信号传递，在高频段采用基于雷达探测目标的空间耦合模型，雷达发射电磁波信号碰到目标后，携带目标信息返回雷达接收机。

RFID 被公认为是21世纪十大重要技术之一。与传统的识别方式相比，RFID 技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理，且操作方便快捷，能够广泛应用于生产、物流、交通、运输、医疗、防伪、跟踪、设备和资产管理等需要收集和处理大批量目标数据的应用领域。随着RFID技术的不断发展和标准的不断完善，RFID产业链从硬件制造技术、中间件到系统集成应用等各环节都将得到提升和发展，产品将更加成熟、廉价和多样性，应用领域将更加广泛。RFID 技术在未来的发展中将会结合其他高新技术，如GPS、生物识别等技术，在由单一识别向多功能方向发展的同时，将结合现代通信及计算机技术，实现跨区域、跨行业应用。

1.RFID系统的工作原理

RFID的基本原理就是将RFID电子标签安装在被识别的物体上，当被标识的物体进入RFID系统的阅读范围时，利用空间电感耦合或者电磁反向散射耦合方式进行通信，实现标签和读写器之间的非接触式信息通信，标签向读写器发送携带信息，读写器接收这些信息并解码，通过串口RS-232/485，将读写器采集到的数据实时送入客户机的终端处理系统，并通过网络传输给服务器，从而完成信息的全部采集与处理过程，以达到自动识别被标识物体的目的。

2.RFID应用系统的组成单元

一般的 RFID 应用系统主要包括 RFID 电子标签、读写器、天线、中间件、应用软件5个部分，如图2-20所示。

（1）RFID电子标签。RFID标签俗称电子标签，也称应答器，根据工作方式可分为主动式（有源）和被动式（无源）两大类，其中无源 RFID 标签由于通过耦合方式获取工作电源而无需外部供电，使得使用起来极为方便，因而得到了最广泛的应用。无源 RFID 标签由标签芯片和标签天线或线圈组成，利用电感耦合或电磁反向散射耦合原理实现与读写器之间的通信。RFID标签中存储一个唯一编码，通常为64bits、96bits甚至更高，其地址空间大大高于条码所能提供的空间，因此可以实现单品级的物品编码。RFID 标签进入读写器的作用区域时，可以根据电感耦合原理（近场作用范围内）或电磁反向散射耦合原理（远场作用范围内）在标签天线两端产生感应电势差，并在标签芯片通路中形成微弱电流，如果这个电流强度超过一个阈值，就激活RFID标签芯片电路工作，从而对标签芯片中的存储器进行读/写操作，微控制器还可以进一步加入诸如密码或防碰撞算法等复杂功能。RFID 标签芯片的内部结构主要包括射频前端、模拟前端、数字基带处理单元和EEPROM存储单元4部分。

（2）读写器。读写器也称阅读器（Reader）、询问器（Interrogator），是对RFID标签进行读/写操作的设备，主要包括射频模块和数字信号处理单元两部分。读写器是RFID系统中最重要的基础设施，一方面，RFID 标签返回的微弱电磁信号通过天线进入读写器的射频模块中转换为数字信号，再经过读写器的数字信号处理单元对其进行必要的加工整形，最后从中解调出返回的信息，完成对RFID标签的识别或读/写操作。另一方面，上层中间件及应用软件与读写器进行交互，实现操作指令的执行和数据汇总上传。在上传数据时，读写器会对RFID标签原子事件进行去重过滤或简单的条件过滤，将其加工为读写器事件后再上传，减少与中间件及应用软件之间数据交换的流量，因此在很多读写器中还集成了微处理器和嵌入式系统，实现一部分中间件的功能，如信号状态控制、奇偶位错误校验与修正等。未来的读写器呈现出智能化、小型化和集成化趋势，还将具备更加强大的前端控制功能，例如直接与工业现场的其他设备进行交互，甚至是作为控制器进行在线调度。在物联网中，读写器将成为同时具有通信、控制和计算功能的3C（Communication,Control,Computing）核心设备。

（3）天线（Antenna）。天线是 RFID 标签和读写器之间实现射频信号空间传播和建立无线通信连接的设备。RFID 系统包括两类天线，一类是 RFID 标签上的天线，由于它已经和RFID标签集成为一体，因此不再单独讨论；另一类是读写器天线，既可以内置于读写器中，也可以通过同轴电缆与读写器的射频输出端口相连。目前的天线产品多采用收发分离技术来实现发射和接收功能的集成。天线在RFID系统中的重要性往往被人们忽视，在实际应用中，天线设计参数是影响 RFID 系统识别范围的主要因素。高性能的天线不仅要求具有良好的阻抗匹配特性，还需要根据应用环境的特点对方向特性、极化特性和频率特性等进行专门设计。

（4）中间件（Middleware）。中间件是一种面向消息的、可以接收应用软件端发出的请求、对指定的一个或者多个读写器发起操作并接收、处理后向应用软件返回结果数据的特殊化软件。中间件在 RFID 应用中除了可以屏蔽底层硬件带来的多种业务场景、硬件接口、适用标准造成的可靠性和稳定性问题外，还可以为上层应用软件提供在多层、分布式、异构的信息环境下业务信息和管理信息的协同。中间件的内存数据库还可以根据一个或多个读写器的读写器事件进行过滤、聚合和计算，抽象出对应用软件有意义的业务逻辑信息，从而构成业务事件，以满足来自多个客户端的检索、发布/订阅和控制请求。

（5）高层应用。应用软件是直接面向 RFID 应用最终用户的人机交互，协助使用者完成对读写器的指令操作以及对中间件的逻辑设置，逐级将 RFID 原子事件转化为使用者可以理解的业务事件，并使用可视化界面进行展示。

3. RFID技术的发展趋势

未来，RFID 技术将向如下几个方面发展。

（1）建立统一的国际标准。标准的不统一是制约 RFID 技术发展的首要因素。因为每个RFID 标签的 UID 数据格式有很多种且互不兼容，所以不同标准的 RFID 产品不能通用，这对经济全球化下的物品流通十分不利，对未来的 RFID 产品互通和发展造成了阻碍。目前， RFID 存在3个主要的技术标准：ISO/IEC RFID标准、EPCglobal RFID标准和泛在识别UID标准（Ubiquitous ID）。随着 RFID 技术的发展和标准制定的统一，三大标准体系将逐步兼容。

（2）实现产品的低成本、小体积。从长远来看，电子标签的市场在未来几年内将逐渐成熟，成为IC（Integrated Circuit Card）卡领域继公交、手机、身份证之后又一个具有广阔市场前景和巨大容量的市场。因此，电子标签的成本需要降低，目前的价格还是比较高，虽然有些标签已降低了成本，但是性能又不能满足。由于实际应用的限制，一般要求电子标签的体积比被标记的商品小。体积非常小的商品以及其他一些特殊的应用场合，对标签体积提出了更小、更易于使用的要求。

（3）隐私保护和安全问题。保护好 RFID 系统用户的隐私也是目前研究的重点。在某些对安全性要求较高的应用领域，需要对标签的数据进行严格的加密，并对通信过程进行加密。当前广泛使用的无源 RFID 系统并没有可靠的安全机制，无法对数据进行很好的保密。如果电子标签中的信息被窃取、复制并被非法使用的话，就可能会带来无法估量的损失。

2.5.6 NFC

近场通信（Near Field Communication,NFC）是一种短距高频的无线电技术，这个技术由非接触式射频识别（RFID）演变而来，由飞利浦半导体（现恩智浦半导体公司）、诺基亚和索尼共同研制开发，其基础是RFID及互连技术。NFC 在13.56 MHz频率运行于20cm距离内。其传输速度有3种：106 Kbit/s、212 Kbit/s、424 Kbit/s。目前近场通信已通过成为ISO/IEC IS 18092国际标准、ECMA-340标准与ETSI TS 102 190标准。NFC采用主动和被动两种读取模式。

NFC近场通信技术由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来，在单一芯片上结合感应式读卡器、感应式卡片和点对点功能，能在短距离内识别兼容设备并进行数据交换。NFC 工作频率为13.56MHz，因此使用这种手机支付方案的用户必须更换特制的手机。目前，这项技术在日韩被广泛应用。手机用户只需配置了支付功能的手机，就可以行遍全国，如机场登机验证、大厦的门禁钥匙、交通一卡通、信用卡、支付卡等。

与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。首先，NFC是一种提供轻松、安全、迅速的无线通信连接技术，其传输范围比RFID小。其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，已经成为越来越多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。

NFC 具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点。近年来 NFC 设备被很多手机厂商应用，具体如下。

（1）接触通过（Touch and Go）：如门禁管理、车票和门票等，用户将储存车票证或门控密码的设备靠近读卡器即可，也可用于物流管理。

（2）接触支付（Touch and Pay）：如非接触式移动支付，用户将设备靠近嵌有NFC模块的POS机可进行支付，并确认交易。

（3）接触连接（Touch and Connect）：如把两个NFC设备相连接，进行点对点（Peer-to-Peer）数据传输，如下载音乐、图片互传和交换通信录等。

（4）接触浏览（Touch and Explore）：用户可将NFC手机接靠近具有NFC功能的智能公用电话或海报来浏览交通信息等。

（5）下载接触（Load and Touch）：用户可通过GPRS网络接收或下载信息，用于支付或门禁等功能，用户可发送特定格式的短信至家政服务员的手机来控制家政服务员进出住宅的权限。

2.5.7 UWB

UWB（Ultra Wide Band）是一种超宽带无线通信技术，它利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，使得UWB能在10m左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。

UWB无线通信是一种不用载波而采用时间间隔极短（小于1ns）的脉冲进行通信的方式，也称作脉冲无线电（Impulse Radio）、时域（Time Domain）或无载波（Carrier Free）通信。与普通二进制移相键控（BIT/SK）信号波形相比，UWB 方式不利用余弦波进行载波调制而发送许多小于1ns的脉冲，因此这种通信方式占用带宽非常大，且由于频谱的功率密度极小，它通常具有扩频通信的特点。

UWB 技术最初是被作为军用雷达技术开发的，早期主要用于雷达技术领域。2002年2月，美国联邦通讯委员会（Federal Communications Commission,FCC）批准了UWB技术用于民用，UWB的发展步伐开始逐步加快。与蓝牙和Wi-Fi等带宽相对较窄的传统无线系统不同，UWB 能在宽频上发送一系列非常窄的低功率脉冲。较宽的频谱、较低的功率、脉冲化数据等特性意味着UWB引起的干扰小于传统的窄带无线解决方案，并能够在室内无线环境中提供与有线相媲美的高速性能。由于UWB与传统通信系统相比，工作原理迥异，因此UWB具有其他短距离无线通信系统无法比拟的技术特点，具体如下所述。

（1）系统结构实现简单。当前的无线通信技术使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。UWB 则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB 发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需的上、下变频，也不需要功用本地振荡器、功率放大器和混频器。因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB 接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此UWB系统结构的实现比较简单。

（2）数据传输极高。在民用商品中，一般要求UWB信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500Mbit/s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。

（3）功耗低。UWB 系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般为0.20ns～1.5ns，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时，系统的耗电量仅为几百µW～几十mW。民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右，是蓝牙设备所需功率的1/20左右。军用的UWB 电台耗电也很低。因此，UWB 设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有很大的优越性。

（4）安全性高。作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且大多数情况下，UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。

（5）多径分辨能力强。常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量，以充分利用发射信号的能量。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10~30 dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到5 dB。

（6）定位精确。冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内。与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级。此外，超宽带无线电定位器更为便宜。

（7）工程简单造价便宜。在工程实现上，UWB 比其他无线技术要简单得多，可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，这些电路就可以集成到一个芯片上，设备的成本很低。