UWB技術(shù)應用介紹

超寬帶技術(shù)UWB(Ultra Wideband)始于20世紀60年代興起的脈沖通信技術(shù)，利用頻譜極寬的超短脈沖進(jìn)行通信，又稱(chēng)為基帶通信、無(wú)載波通信。由于其具有低功耗、高帶寬、高傳輸速率、低復雜性、抗多徑能力強、發(fā)射信號功率譜密度低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，預計未來(lái)幾年UWB技術(shù)將在和人們生活密切相關(guān)的數字家電和消費網(wǎng)絡(luò )設備中得到推廣，在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )及家庭網(wǎng)絡(luò )中會(huì )得到廣泛應用。

　　一、超寬帶技術(shù)的基本原理

　　2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)修訂了第15標準，定義UWB信號為相對帶寬(信號帶寬與中心頻率之比)大于0.2，或在傳輸的任何時(shí)刻絕對帶寬不小于500MHz的信號，其中信號帶寬定義為：低于最高發(fā)射功率10dB的截止頻率間的帶寬。FCC還規定，UWB的使用頻段范圍是 3.1～10.6GHz，且其發(fā)射功率必須在1mW以下。

　　同傳統通信系統相比，超寬帶系統是有著(zhù)其獨特之處的。從時(shí)域上講，一般的通信系統是通過(guò)發(fā)送射頻載波進(jìn)行信號調制，而UWB是利用起、落點(diǎn)的時(shí)域脈沖(幾十納秒)直接實(shí)現調制，超寬帶的傳輸把調制信息過(guò)程放在一個(gè)非常寬的頻帶上進(jìn)行，而且以這一過(guò)程中所持續的時(shí)間來(lái)決定帶寬所占據的頻率范圍。從頻域上講，超寬帶有別于傳統的窄帶和寬帶，它的頻帶更寬。窄帶是指相對帶寬小于1%，相對帶寬在1%～25%之間的被稱(chēng)為寬帶，相對帶寬大于25%，而且中心頻率大于500MHz的被稱(chēng)為超寬帶。

　　二、超寬帶技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò )中的應用

　　1.家庭網(wǎng)絡(luò )

　　家庭網(wǎng)絡(luò )系統由有線(xiàn)系統和無(wú)線(xiàn)系統綜合構成。其中，有線(xiàn)系統采用國際數字接口標準IEEE 1394b，在IEEE 1394b基礎上，家庭網(wǎng)絡(luò )無(wú)線(xiàn)系統引入了頻譜高效率的超寬帶脈沖無(wú)線(xiàn)電技術(shù)，可提供靈活性和移動(dòng)性的寬帶無(wú)線(xiàn)接入。直擴序列超寬帶的家庭網(wǎng)絡(luò )把移動(dòng)高速高性能無(wú)線(xiàn)網(wǎng)無(wú)縫隙的擴展至有線(xiàn)1394骨干網(wǎng)。

　　2.直接序列超寬帶通信子網(wǎng)技術(shù)

　　采用單頻帶體制的DS-UWB系統是家庭網(wǎng)絡(luò )比較理想的方案。DS-CDMA建議采用了雙頻帶(3.1～5.15GHz加 5.825～10.6GHz)的方法，即在每個(gè)超過(guò)1GHz的頻帶內用極短時(shí)間脈沖傳輸數據，該方法也稱(chēng)為脈沖無(wú)線(xiàn)電。DS-UWB無(wú)線(xiàn)通信系統結構圖如圖1所示。

　　與無(wú)線(xiàn)1394網(wǎng)橋綜合的家庭網(wǎng)絡(luò )結構支持IEEE1394固定連接和DS-UWB無(wú)線(xiàn)連接。無(wú)線(xiàn)UWB總線(xiàn)系統的拓撲結構是呈現星形，HUB 位置不是固定不變，管理所有掛在無(wú)線(xiàn)總線(xiàn)上的子站，負責維護幀結構，分配周期定時(shí)信息。要監控在總線(xiàn)注冊的子站狀態(tài)，在子站和子站間廣播通信質(zhì)量信息，顯示同步和等時(shí)模式子站的時(shí)隙安排，控制多址接入過(guò)程，保證輸出功率在某一電平之下。數據流的傳輸是自組織網(wǎng)絡(luò )中對等通信的模式，當一對子站之間直接鏈路被阻隔時(shí)，子站和HUB也可以承擔中繼多條數據的功能。

　　直接序列超寬帶系統的物理層采用二進(jìn)制相移鍵控調制技術(shù)，為了避免多徑衰落的影響，使用RAKE接收機接收信號。其多址接入技術(shù)采用直擴碼分多址技術(shù)。由于UWB信號產(chǎn)生的特殊性，其脈沖成型技術(shù)為甚窄高斯單周脈沖，并使用空時(shí)編碼對其進(jìn)行編碼。典型高斯單周脈沖寬帶為0.2～2.0 ns，脈沖間隔為10～100ns，脈沖位置可以是等間隔、隨機或偽隨機間隔。

　　直接序列超寬帶系統的數據鏈路控制層(DLC)是由一系列幀長(cháng)為1394周期數倍的DLC幀構成的，該幀由管理區域、數據區域、隨機區域等組成。數據鏈路控制層把資源分成兩部分，分別是用于等時(shí)時(shí)隙的預留帶寬和用于同步時(shí)隙的動(dòng)態(tài)帶寬。UWB總線(xiàn)協(xié)議棧結構如圖2。

　　直接序列超寬帶的1394匯聚層(CL)含有IEEE1394特定業(yè)務(wù)會(huì )聚子層(SSCS)和公共部分會(huì )聚子層(CPCS)，它類(lèi)似IEEE1394b鏈路層，負責1394事務(wù)處理層和UWB低層次之間的映射。