随着移动通信业务的发展和人们对于信息量需求的迅猛增长，短距离无线个域网(Wireless Personal Area Network，WPAN)除了为视频、图像等业务提供高速数据传输能力外，探测、定位、成像等低速率感知业务也越来越受到重视。而感知信息的获取方式也从以往的接触式、单纯的各种物理量数据采集发展到现在非接触式、利用电磁信号本身来实现对周围环境的感知。IEEE802.15.4a工作组要求低速无线个域网(Low Rate WPAN，LR-WPAN)的物理层技术在成本、复杂度受限的条件下不但具有短距离数据通信能力，同时要具备一定精度的测距、定位能力。作为短距无线通信的备选方案，脉冲超宽带(Impulse Radio Ultra Wideband，IR-UWB)技术具有低功耗、容量大、与其它设备可以共存等众多优点，近年来得到了广泛的关注和研究。由于其采用持续时间极短的脉冲作为信息载体，理论上具备厘米级甚至更高的测距和定位精度，可以实现低复杂度下的多功能一体化感知节点，因此被IEEE802.15.4a工作组选为LR-WPAN物理层的首选方案。　　考虑到脉冲超宽带的时域特性，无论是数据传输之前的同步捕获，逐是节点之间的距离测量，对脉冲信号进行到达时间(Time of Arrival，TOA)估计都是最常用和有效的方法。但由于室内超宽带信道环境比基于连续波的传统窄带或宽带无线信道复杂得多，体现在信道的冲激响应包含有大量的多径分量，传统的TOA估计算法在此背景下都基本失效。因此如何在密集多径环境下进行脉冲信号的到达时间估计具有很高的研究和实用价值。而在实现角度，在超宽带系统研究初期提出的相干接收方式对硬件平台提出了较高的成本和计算量要求。为了满足IEEE802.15.4a标准中对感知节点成本和功耗的限制条件，如何在性能要求和付出的代价方面达到良好的折中是需要解决的实际问题。　　论文以短距离低速无线个域网为背景研究超宽带无线技术在测距、通信业务中的应用与实现，具体工作围绕LR-WPAN对于物理层的技术要求和超宽带的信号、信道特性展开，以能量检测(Energy Detection，ED)机制为主要手段，针对低速模拟电路和高速数字电路硬件平台的区别，提出了相应的TOA估计方法，并进行了性能分析和比较。为了增强研究的实用性，本文开发了全数字化超宽带收发系统，并在此基础上使用前文提出的TOA算法对超宽带系统的逦信、测距性能进行了实测验证，为LR-WPAN实际节点的开发积累了可靠的开发经验，得到了一系列有价值的结论。论文的主要研究内容如下：　　(1)作为论文研究的基础，本文首先介绍了超宽带信号的基本概念、实现方式及其优势和特性。总结归纳了超宽带信道模型和传统窄带模型的区别，并重点介绍了IEEE802.15.4a提出的信道模型作为研究的环境背景。　　(2)根据室内环境下IEEE802.15.4a工作组给出的信道统计特性，以低采样速率的模拟电路为硬件平台，以DP分量作为估计目标提出了两种基于能量检测的TOA估计算法，并给出了性能的闭合表达式。在保持低采样率要求的条件下，在性能方面比常见能量检测TOA方法有较大的提高。　　(3)以高速数字电路为硬件平台，首先分析了基于匹配滤波技术的TOA估计性能，随后提出了一种基于广义极大似然(Generalized Maximum Likelihood，GML)的能量检测TOA估计方法(GML-ED)，并进行了参数分析和性能比较。结果发现，在Nyquist量级的采样速率下，GML-ED具有较好的估计结果。　　(4)搭建了全数字超宽带实验系统，设计并实现了脉冲信号的数字化产生、调制和检测。为了降低收发电路的设计复杂度，利用高速发射极耦合(Emitter Coupled Logic，ECL)逻辑器件作为脉冲产生装置。茌接收端，利用高速模数转换器(Analog Digital Converter,ADC)对脉冲信号进行采样量化后送入FPGA进行数字化处理。以此系统为基础，配合GML-ED到达时间估计算法进行了超宽带通信、测距性能测试，并将实测结果与理论仿真数值进行了分析和比较。验证了理论分析结果，并表明超宽带系统在通信、测距方面的能力完全可以满足LR-WPAN的要求。