利用超寬帶打造完美的家庭網(wǎng)絡(luò )
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利用超寬帶打造完美的家庭網(wǎng)絡(luò )
彭 湃
(飛思卡爾半導體中國有限公司 上海分公司,上海200001)
摘 要：
關(guān)鍵詞：
隨著(zhù)各種各樣的無(wú)線(xiàn)終端和數碼設備等多媒體設備和應用的增加,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都已經(jīng)走入尋常百姓家。家庭市場(chǎng)對于這些多媒體設備間的高速無(wú)線(xiàn)互連的需求也更為迫切,但現有的技術(shù)方案無(wú)法滿(mǎn)足該市場(chǎng)的特殊要求。家庭網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)仍在尋找適合自己的無(wú)線(xiàn)解決方案。幾十年來(lái),經(jīng)典的無(wú)線(xiàn)設計一直在數據速率、芯片級實(shí)施成本及系統總體功耗之間進(jìn)行權衡。家庭無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)比較特殊,因為它同時(shí)要求高數據速率(支持多個(gè)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)。以全新方式設計出的超寬帶(UWB)無(wú)線(xiàn)通信系統,對家庭市場(chǎng)的這一需求做出了響應。
超寬帶系統目前廣泛應用于家庭娛樂(lè )系統的無(wú)線(xiàn)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;超寬帶系統還非常適用于各種移動(dòng)設備和娛樂(lè )設備之間的連接,如手機和電腦等,所以業(yè)界普遍認為它是未來(lái)短距離高速無(wú)線(xiàn)系統的最佳解決方案之一。
在這里,通過(guò)以下介紹DS-UWB和蜂窩移動(dòng)電話(huà)CDMA之間的差別,讓大家對超寬帶系統的技術(shù)及方案有一個(gè)系統的了解。
盡管術(shù)語(yǔ)CDMA被用來(lái)描述DS-UWB,但是DS-UWB和蜂窩移動(dòng)電話(huà)CDMA所用的核心技術(shù)實(shí)際上有很大區別。二個(gè)不同工程領(lǐng)域所要解決的問(wèn)題針對于完全不同的應用模式。驅動(dòng)蜂窩移動(dòng)電話(huà)CDMA發(fā)展和實(shí)施的應用模式是擁有成千上萬(wàn)個(gè)用戶(hù)同時(shí)工作的基站/客戶(hù)模式。該模式?jīng)]有對等連接,以低速率(kbps)運行,覆蓋長(cháng)距離(數英里)。而驅動(dòng)DS-UWB發(fā)展和實(shí)施的應用模式則恰好相反,即只有一個(gè)或少數幾個(gè)用戶(hù)以對等方式連接,沒(méi)有基站,高速率運行(100Mbps 至Gbps),覆蓋短距離(10米以?xún)?。
這二個(gè)系統的相似之處并不像人們想象的那么多,他們在很多方面都不同。一個(gè)系統中的關(guān)鍵技術(shù)對另外一個(gè)系統來(lái)講并不是關(guān)鍵的。蜂窩移動(dòng)電話(huà)CDMA與DS-UMB之間的區別如表1所示。
蜂窩移動(dòng)電話(huà)CDMA中每個(gè)人(或每個(gè)單獨用戶(hù))使用一個(gè)碼——他自己獨有的碼。碼分多址或CDMA指無(wú)線(xiàn)信道用碼來(lái)區分,因此多個(gè)用戶(hù)可以同時(shí)工作運行,每個(gè)用戶(hù)可以用各自的碼進(jìn)行區分。相反,DS-UWB中用戶(hù)通過(guò)TDMA/TDD而不是CDMA來(lái)共享頻譜,不是每個(gè)用戶(hù)都有惟一的碼,而是微微網(wǎng)中所有的用戶(hù)共用同一個(gè)碼。
CDMA和DS-UWB之間的惟一共同點(diǎn)是都使用碼,但是使用這些碼的目的不同。DS-UWB中的碼主要用于低電壓運行,發(fā)送24個(gè)小脈沖而不是一個(gè)大脈沖。體積小、雪崩電壓低的65nm的CMOS發(fā)射器仍能直接驅動(dòng)50ohm的傳輸線(xiàn),獲得合情理的發(fā)射機輸出功率。從而可以建立一個(gè)低功耗、高性能、造價(jià)低的UWB無(wú)線(xiàn)系統。它省去了昂貴的功率放大器和有損耗的轉換器以及消耗的一些材料。
1～3GHz范圍的碼片速率易于實(shí)現,但高電壓就不行。使用高碼片速率是由低造價(jià)、低功耗的市場(chǎng)需求所驅動(dòng)的,而并非因為它是實(shí)現DS-UWB的惟一方式。
人們有時(shí)將CDMA的多用戶(hù)類(lèi)比為DS-UWB中的多微微網(wǎng),即多址術(shù)語(yǔ)相應于DS-UWB中的多個(gè)交疊的微微網(wǎng)。這個(gè)類(lèi)比用于DS-UWB是因為不同微微網(wǎng)可以采用不同的碼。然而這種類(lèi)比不完全正確。事實(shí)上,碼分多址概念不必用于DS-UWB,因為交疊的微微網(wǎng)實(shí)際上可以采用相同的碼——相鄰的微微網(wǎng)采用不同的碼片速率。其結果是一個(gè)微微網(wǎng)中的碼相對于另一個(gè)交疊微微網(wǎng)的碼不同步,于是二個(gè)用戶(hù)或二個(gè)微微網(wǎng)被碼的RMS互相關(guān)區分開(kāi)來(lái),這完全不同于二個(gè)不同的而又幾乎同步的CDMA碼之間的零互相關(guān)。與其稱(chēng)為CDMA,倒不如更準確地將DS-UWB稱(chēng)為旋轉速率區分多址(Spin-Rate Division Muliple Access,SRDMA)。DS-UWB不必采用不同的碼,因為此時(shí)碼的正交性不像它在蜂窩移動(dòng)電話(huà)CDMA中那樣至關(guān)重要。采用不同碼字主要影響著(zhù)峰值互相關(guān)和RMS互相關(guān)矩陣,就像它們在CDMA中那樣這些值并不為零。換句話(huà)說(shuō),即使有良好的正交性(即碼之間的互相關(guān)很小),而碼字太短,增益太低,以使得傳統的蜂窩移動(dòng)電話(huà)類(lèi)型的CDMA多用戶(hù)工作運行,其中不希望用戶(hù)的能量可能比希望用戶(hù)的能量強20dB。
DS-UWB中的碼字是用于協(xié)助同步的。較長(cháng)的碼提供較高的積分增益,從而以較高的信噪比產(chǎn)生同步。較長(cháng)的碼也能用于區分不同的微微網(wǎng),即易于跟希望的微微網(wǎng)同步。同步之后,數據速率便可以轉換到支持傳送凈荷的高速率。這種速率的改變是通過(guò)改變碼長(cháng)實(shí)現的。在高速率的情況下,碼字太短就不能實(shí)現不同碼之間有效的隔離。在這種短碼的情況下,CDMA碼分多址是不可能實(shí)現的,但碼片速率的差異能夠提供RMS的隔離,則可以用于交疊的微微網(wǎng)。
| 蜂窩移動(dòng)電話(huà)CDMA | DS-UWB | |
| 拓撲 | 所有的數據都經(jīng)過(guò)基站; 每個(gè)用戶(hù)有不同的CDMA碼 |
數據在微微網(wǎng)內采用TDMA以對等的方式傳送; 同一個(gè)微微網(wǎng)內的所有用戶(hù)均使用相同的CDMA碼; 相互獨立的微微網(wǎng)也可以采用不同的碼,但不是必須的 |
| 距離 | 遠(離基站幾公里) | 近(10米對等網(wǎng)) |
| 同時(shí)工作的用 戶(hù)碼的數目 |
很大(成千上萬(wàn)用戶(hù)) | 小(很少的幾個(gè)重疊微微網(wǎng)) |
| 數據速率 | 低(kbps) | 極高(100Mbps 至Gbps) |
| 編碼增益 | 高 | 低 |
| 碼同步 | 是(用戶(hù)與基站同步) | 否(重疊微微網(wǎng)故意不同步) |
| 碼 | 在基站保持同步的純正交 沃爾什碼,以保持正交性 |
通過(guò)計算機搜索找到的偽正交M-BOK碼集; 微微網(wǎng)間的碼集不同步 |
| 碼性能 | 隔離度(即正交性)由保持 正交性的準確度來(lái)控制 |
隔離度由“旋轉”(即不同步)的碼集和 不同的M-BOK碼集之間的RMS互相關(guān)來(lái)控制 |
| 頻譜隨機性 | 覆蓋碼和數據白化器 (沃爾什碼具有差的PSD) |
M-BOK碼集低峰均比的PSD和數據白化器 |
| 功率控制目標 | 使得來(lái)自每個(gè)用戶(hù)的信號 以同樣的功率到達基站 |
使本地總的容量最大,以滿(mǎn)足每個(gè)對等鏈路的需要,使發(fā)射功率最小化 |
| 功率控制 | 對系統運行是關(guān)鍵的 | 非關(guān)鍵; 在一個(gè)微小區的用戶(hù)使用TDMA,并不是同時(shí)發(fā)射 |
Fo(中心頻率) Fc(碼片速率) 帶寬 |
各自都是相互獨立的。 關(guān)鍵詞：
超寬帶
飛思卡爾
家庭網(wǎng)絡(luò )
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