UWB技術應用介紹

超寬帶技術UWB(Ultra Wideband)始于20世紀60年代興起的脈沖通信技術，利用頻譜極寬的超短脈沖進行通信，又稱為基帶通信、無載波通信。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，預計未來幾年UWB技術將在和人們生活密切相關的數(shù)字家電和消費網絡設備中得到推廣，在有線電視網絡及家庭網絡中會得到廣泛應用。

　　一、超寬帶技術的基本原理

　　2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會(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?shù)娜魏螘r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(guī)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(tǒng)通信系統(tǒng)相比，超寬帶系統(tǒng)是有著其獨特之處的。從時域上講，一般的通信系統(tǒng)是通過發(fā)送射頻載波進行信號調制，而UWB是利用起、落點的時域脈沖(幾十納秒)直接實現(xiàn)調制，超寬帶的傳輸把調制信息過程放在一個非常寬的頻帶上進行，而且以這一過程中所持續(xù)的時間來決定帶寬所占據(jù)的頻率范圍。從頻域上講，超寬帶有別于傳統(tǒng)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%之間的被稱為寬帶，相對帶寬大于25%，而且中心頻率大于500MHz的被稱為超寬帶。

　　二、超寬帶技術在家庭網絡中的應用

　　1.家庭網絡

　　家庭網絡系統(tǒng)由有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)綜合構成。其中，有線系統(tǒng)采用國際數(shù)字接口標準IEEE 1394b，在IEEE 1394b基礎上，家庭網絡無線系統(tǒng)引入了頻譜高效率的超寬帶脈沖無線電技術，可提供靈活性和移動性的寬帶無線接入。直擴序列超寬帶的家庭網絡把移動高速高性能無線網無縫隙的擴展至有線1394骨干網。

　　2.直接序列超寬帶通信子網技術

　　采用單頻帶體制的DS-UWB系統(tǒng)是家庭網絡比較理想的方案。DS-CDMA建議采用了雙頻帶(3.1～5.15GHz加 5.825～10.6GHz)的方法，即在每個超過1GHz的頻帶內用極短時間脈沖傳輸數(shù)據(jù)，該方法也稱為脈沖無線電。DS-UWB無線通信系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

　　與無線1394網橋綜合的家庭網絡結構支持IEEE1394固定連接和DS-UWB無線連接。無線UWB總線系統(tǒng)的拓撲結構是呈現(xiàn)星形，HUB 位置不是固定不變，管理所有掛在無線總線上的子站，負責維護幀結構，分配周期定時信息。要監(jiān)控在總線注冊的子站狀態(tài)，在子站和子站間廣播通信質量信息，顯示同步和等時模式子站的時隙安排，控制多址接入過程，保證輸出功率在某一電平之下。數(shù)據(jù)流的傳輸是自組織網絡中對等通信的模式，當一對子站之間直接鏈路被阻隔時，子站和HUB也可以承擔中繼多條數(shù)據(jù)的功能。

　　直接序列超寬帶系統(tǒng)的物理層采用二進制相移鍵控調制技術，為了避免多徑衰落的影響，使用RAKE接收機接收信號。其多址接入技術采用直擴碼分多址技術。由于UWB信號產生的特殊性，其脈沖成型技術為甚窄高斯單周脈沖，并使用空時編碼對其進行編碼。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(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路控制層(DLC)是由一系列幀長為1394周期數(shù)倍的DLC幀構成的，該幀由管理區(qū)域、數(shù)據(jù)區(qū)域、隨機區(qū)域等組成。數(shù)據(jù)鏈路控制層把資源分成兩部分，分別是用于等時時隙的預留帶寬和用于同步時隙的動態(tài)帶寬。UWB總線協(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)務會聚子層(SSCS)和公共部分會聚子層(CPCS)，它類似IEEE1394b鏈路層，負責1394事務處理層和UWB低層次之間的映射。