脉冲无线电超宽带(Impulse Radio Ultra-Wideband，IR-UWB)是一种新型的无线技术，它占据了极大的频谱带宽，利用时域宽度极窄的基带脉冲来携带信息，具有低成本、低功耗、低截获和高数据率等优点，具备Gbps量级数据率的通信能力和厘米级精度的测距定位能力。然而IR-UWB采用和传统窄带系统完全不同的体制，因此在信号产生、辐射、接收和检测等方面都面临着不同的困难，而且目前的研究还不足以充分挖掘IR-UWB在测距定位方面的巨大潜力。近两年来国外多家研究机构开始致力于超宽带通信和测距一体化设计的研究。园内在这方面还是一片空白。 本文在脉冲超宽带的背景下，针对超宽带在数据通信和无线测距方面的应用，在分别研究基于能量检测的非相干接收关键技术和基于到达时间估计的无线测距技术的基础上，本文给出了一种具有测距功能的非相干IR-UWB节点物理层结构，作为通信和测距一体化设计的一个技术方案。 在数据通信方面，首先通过对基于非相干能量检测的接收结构和接收性能进行分析，获得最佳接收判决门限。其次，通过分析噪声环境中的非相干单比特接收性能和多径信道下的脉冲扩展效应，提出了一种基于占空比统计的接收机自动增益控制算法。该算法利用脉冲宽度来获得对脉冲幅度的估计，从而设置最佳的接收增益以获得最佳接收幅度，减小脉冲间串扰对接收性能的恶化。 在无线测距方面，首先阐述了超宽带在测距领域的技术优势，概括了超宽带测距的一般原理，分析了测距误差来源。然后对超宽带测距中的到达时间(TOA)估计算法进行了详细的分析和比较，给出了门限比较的TOA估计误差推导。门限比较算法需要权衡噪声虚警误差和首径漏警误差，这给提高估计精度带来一定的限制，本文根据超宽带信道多径按簇到达的特征，提出了一种基于能量跳跃函数的TOA估计算法，即最大能量跳跃(MEL)法。仿真结果表明在非视距信道环境下MEL算法比其他几种算法具有更优越的性能。 在上述对数据通信和无线测距方面的研究基础上，针对IR-UWB组网的应用需求，本文给出了一种具有测距功能的非相干IR-UWB节点物理层设计方案。首先根据网络体系结构和通信协议给出物理层的总体结构，然后详细介绍了收发通道设计。给出基于高速数字逻辑器件的脉冲发生方法，基于边沿/门限检测的脉冲接收方法，以及基于过采样的定时恢复和同步方法。根据基于占空比的AGC算法，本文给出接收机的自动增益控制实现结构。最后，给出了基于自触发式的脉冲发射器的双向测距设计方法。测距电路和通信收发机实现了充分的软硬件复用，体现了超宽带通信和测距的一体化设计。