淺談超寬帶互聯(lián)及其調(diào)制方法

UWB技術(shù)是一種新型的無線通信技術(shù)。它通過對具有很陡上升和下降時(shí)間的沖激脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術(shù)解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的有關(guān)傳播方面的重大難題，它具有對信道衰落不敏感、發(fā)射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統(tǒng)復(fù)雜度低、能提供數(shù)厘米的定位精度等優(yōu)點(diǎn)。 1 超寬帶信號及其特點(diǎn) 美聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)規(guī)定： 部分帶寬號稱為UWB信號。其中，部分帶寬為信號功率譜密度在-10dB處測量的值。

　　UWB最早出現(xiàn)于60年代，當(dāng)時(shí)主要研究受時(shí)域脈沖響應(yīng)控制的微波網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)動(dòng)作。通過Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究，UWB技術(shù)在70年代獲得了重要的發(fā)展，其中多數(shù)集中在雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用中，包括探地雷達(dá)系統(tǒng)。到80年代后期，該技術(shù)開始被稱為“無載波”無線電，或脈沖無線電。美國國防部在1989年首次使用了“超帶寬”這一術(shù)語，而到現(xiàn)在UWB理論和技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近30年。在UWB的發(fā)展過程中，其中有兩項(xiàng)進(jìn)展十分重要：其一是UWB系統(tǒng)可以與其它使用更高頻譜密度的通信系統(tǒng)共存而不產(chǎn)生任何干擾；其次是FCC于2002年2月14日發(fā)布的02-48號報(bào)告及規(guī)則，該規(guī)則定義了不同類UWB設(shè)備的發(fā)射限制。該規(guī)則出臺(tái)后，UWB設(shè)備立即獲得了廣泛的市場機(jī)會(huì)，業(yè)界對于今后的UWB標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品也表示出濃厚的興趣。

　　由于FCC對UWB進(jìn)行了一定限制，UWB最初的應(yīng)用主要集中在無線PAN上，傳輸距離約為10米，數(shù)據(jù)速率為110Mbps到480Mbps。這種高速率可輕易地實(shí)現(xiàn)客廳內(nèi)各種數(shù)字娛樂設(shè)備間的聯(lián)網(wǎng)，如DVD、衛(wèi)星/有線電視機(jī)頂盒、電視機(jī)及環(huán)繞音響。此外，它還可實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、打印機(jī)、攝像機(jī)及MP3播放機(jī)等設(shè)備與電腦之間的無線連接，從而為采用USB2.0或IEEE 1394有線連接的設(shè)備提供了另一種互聯(lián)方式，甚至可以取代這些有線連接。此外，還可以通過UWB對多個(gè)房間內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)。但是，由于UWB的傳輸功率較低，信號處理可能會(huì)有些困難，其頻率范圍為3~10GHz也不易穿透墻壁等障礙。

　　UWB的調(diào)制頻段定義為超過中心頻率20%的帶寬比(或500MHz)，因此現(xiàn)有的多種方法均可以產(chǎn)生滿足要求的信號，包括直接序列擴(kuò)頻、啁啾調(diào)制、時(shí)間調(diào)制UWB(TM-UWB)和子頻段方法。

　　DS-UWB

　　產(chǎn)生UWB信號的一個(gè)簡單方法是用一個(gè)非常長的偽隨機(jī)噪聲(PN)序列來直接擴(kuò)展信息位，這樣的系統(tǒng)可看作是CDMA的一種特例。目前已有研究人員提議使用這種方法，不過更為流行的是另一種稱為直接序列UWB(DS-UWB)的方法，它的原理與前者基本相同，但是采用了一個(gè)單脈沖作為碼片波形。因此DS-UWB要同時(shí)承受碼間干擾(ISI)和信道間干擾(ICI)，尤其是在采用短代碼序列的時(shí)候。

　　啁啾調(diào)制

　　碼片信號的傳輸和反向壓縮(converse compression)技術(shù)最初用于雷達(dá)設(shè)備。在通信應(yīng)用中，線性啁啾信號更為適用。這些操作通常由聲表面波(SAW)器件來實(shí)現(xiàn)，而使用SAW器件會(huì)增加產(chǎn)品尺寸和成本，降低廠商的競爭優(yōu)勢。此外，SAW器件在不同的溫度條件下變化較大，使可靠性降低。因此，寬帶啁啾調(diào)制目前尚未在通信領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。