談UWB的過(guò)去,進(jìn)展和技術(shù)歸納

超寬頻技術(shù)的發(fā)展歷程

    超寬頻技術(shù)的發(fā)展模式類(lèi)似Wi－Fi一樣，有一段很長(cháng)的時(shí)間被歸類(lèi)為軍事技術(shù)，但如今極有可能擴展至一般消費性產(chǎn)品領(lǐng)域。根據最新的美國聯(lián)邦通訊委員會(huì )(FCC)的定義，超寬頻(UWB)系統的中心頻率大于2.5GHz，并具備至少500MHz的-10dB頻寬。頻率較低的UWB系統必須具備至少20%的頻寬比(fractional bandwidth)。這些特性讓UWB明顯異于傳統的無(wú)線(xiàn)電系統，以往的無(wú)線(xiàn)電系統的頻寬比不會(huì )超過(guò)1%或20MHz，例如像2.4 GHz的IEEE 802.11無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )。

    UWB的歷史可回溯至60年代，當時(shí)發(fā)展的主軸為研究微波網(wǎng)絡(luò )在面對時(shí)域脈沖所產(chǎn)生的瞬間行為。在Harmuth、Ross、以及Robbins等研發(fā)先鋒的努力下，UWB技術(shù)在70年代有重大的發(fā)展，其中大部份集中在雷達系統，包括穿地雷達系統。到80年代后期，該技術(shù)開(kāi)始被稱(chēng)為無(wú)載波或脈沖無(wú)線(xiàn)電。美國國防部在1989年首次使用「超頻寬」這個(gè)名詞，在當時(shí)UWB的理論與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展將近30年之久。自從1994年開(kāi)始，美國大部份的UWB研發(fā)工作都是在沒(méi)有分類(lèi)限制的狀況下進(jìn)行。這種情況大幅加快研發(fā)的速度，業(yè)界對其商業(yè)化發(fā)展的興趣亦大幅提高。

    其中有2項發(fā)展激發(fā)商業(yè)界對這項技術(shù)的興趣，包括UWB系統可以與其它使用較高頻譜密度的通訊系統并存，而且不會(huì )對其它系統產(chǎn)生干擾；另外FCC于2002年2月14日發(fā)布的02-48號報告與規范，定義各項并存規則，其中包括針對各種類(lèi)型的UWB裝置制定電波發(fā)射限制。這套法律架構針對各種專(zhuān)利型UWB裝置立即開(kāi)拓市場(chǎng)商機，長(cháng)期而言，市場(chǎng)對標準型產(chǎn)品也有更強烈的興趣。

    由于UWB種類(lèi)眾多，因此潛在的用途也相當廣泛。其中包括無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò )(WLAN)、個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò )(PAN)、短距離雷達(例如汽車(chē)傳感器、防撞系統、智能型高速公路感測系統、液態(tài)物體水位偵測系統)、穿地雷達、以及應用在醫療監視與運動(dòng)員訓練等領(lǐng)域的人體局域網(wǎng)絡(luò )。

    UWB的技術(shù)歸納

    由于FCC對UWB設定功率頻譜密度的限制，因此早期的發(fā)展主要集中在傳輸距離約10公尺的無(wú)線(xiàn)PAN，其數據傳輸速度為110Mbps至480Mbps。如此高速的傳輸能力可輕易讓客廳中的娛樂(lè )系統(例如DVD、衛星/有線(xiàn)電視的視訊轉換器、電視屏幕、以及環(huán)繞立體聲音響)建立起多媒體傳輸的管道。

    此外，我們可輕易預見(jiàn)到包括數字相機、掃描儀、打印機、攝錄像機、以及MP3播放器等裝置，未來(lái)將能與消費性PC建立無(wú)線(xiàn)連接，讓配備有線(xiàn)型USB2.0或IEEE 1394接口的裝置擴增其應用價(jià)值，也許有一天會(huì )讓有線(xiàn)接入技術(shù)完全被淘汰。多個(gè)房間的應用模式亦是可能發(fā)生的場(chǎng)景之一，未來(lái)可能會(huì )運用多重轉接站的技術(shù)來(lái)克服10公尺的距離限制。

    UWB的調變范圍超過(guò)20%的頻寬比或500MHz，因此目前許多訊號產(chǎn)生機制就屬于UWB。包括直接序列展頻、極窄型脈沖(也稱(chēng)為脈沖無(wú)線(xiàn)電)、正交分頻多任務(wù)(OFDM)。以上這些機制亦可以結合跳頻技術(shù)進(jìn)一步擴大頻譜范圍，進(jìn)一步掌握訊號處理的需求。所有這些技術(shù)的衍生版本都是根據IEEE 802.15.3a的無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò )實(shí)體層標準作為基礎。

    直接序列UWB

    產(chǎn)生UWB訊號的一種方式就是透過(guò)展頻訊號碼傳遞信息位，這種系統被視為CDMA(分碼多任務(wù)存取)的極端型式。802.15.3a其中一項提案就是使用長(cháng)度為24的三元碼(