IR-UWB通信系統(tǒng)高速USB接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要: 采用高速USB接口連接計(jì)算機(jī)終端與UWB通信系統(tǒng)基帶模塊，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了USB接口電路，控制UWB通信系統(tǒng)基帶模塊與USB接口設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸，最終實(shí)現(xiàn)了終端電腦與UWB通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。實(shí)際測試中，USB接口的速率約為300 MB／s，達(dá)到了USB2．0規(guī)范所規(guī)定的高速傳輸?shù)囊蟆?br />關(guān)鍵詞: UWB通信系統(tǒng)；USB接口；USB接口電路

IR-UWB(Ultra Wide Band Impulse Radio)無線通信是一種不用載波，而采用時(shí)間間隔極短的脈沖進(jìn)行通信的方式，也稱作脈沖無線電(Impulse Radio)、無載波(Cartier Free)通信。 2001年4月我國發(fā)布了“十五”863計(jì)劃，其中把UWB無線通信關(guān)鍵技術(shù)以及共存與兼容技術(shù)列為有關(guān)通信技術(shù)主體研究項(xiàng)目，許多高校也將對UWB的研究作為重點(diǎn)科研項(xiàng)目，取得了很多進(jìn)展。其中，某高校參與研發(fā)的UWB通信演示系統(tǒng)，要求可在室內(nèi)10 m距離內(nèi)傳輸流媒體，文中以該UWB通信演示系統(tǒng)為依托，分析了UWB通信系統(tǒng)與終端設(shè)備的接口需求，選用高速USB接口方案，運(yùn)用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)了USB接口硬件控制電路及計(jì)算機(jī)終端與UWB通信系統(tǒng)基帶模塊的數(shù)據(jù)傳輸。

1 高速IR-UWB通信系統(tǒng)方案和實(shí)現(xiàn)
如圖l，圖2所示。IR-UWB通信系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)端信源信宿、UWB發(fā)射機(jī)、UWB接收機(jī)、基帶信號處理、超寬帶收發(fā)天線組成。該系統(tǒng)中，傳輸信號中心頻率達(dá)到3．5 GHz，UWB脈沖包絡(luò)寬度在4～6 ns之間，頻譜帶寬不小于500 MHz，室內(nèi)傳輸距離在10 m以內(nèi)，發(fā)射信號譜型滿足FCC頻譜模板要求，其信道傳輸速率可以達(dá)到100 MB?S-1。

1．1 基帶傳輸方案
基帶部分是UWB通信設(shè)備的關(guān)鍵模塊。它主要完成信道編解碼、終端與通信系統(tǒng)的連接，如圖3所示。

UWB通信系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，該通信系統(tǒng)發(fā)端采用內(nèi)置信源，收端通過示波器觀測數(shù)據(jù)是否達(dá)到指標(biāo)要求。顯然這樣的方式無法反映UWB通信系統(tǒng)的性能，因此必須為該通信系統(tǒng)擴(kuò)充終端接口。文中對高速USB接口進(jìn)行了討論。USB是一種應(yīng)用在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的新型接口技術(shù)，最早由Compaq，Intel，Microsoft等多家公司于1994年11月共同提出，其目的是使用USB取代PC機(jī)現(xiàn)有的各種外圍接口，使外設(shè)的連接具有單一化、即插即用、熱插拔等特點(diǎn)。為了支持UWB通信系統(tǒng)100 MB／s的傳輸速率，并保證流媒體實(shí)時(shí)、流暢的傳輸，文中最終選用高速USB設(shè)備作為通信系統(tǒng)的擴(kuò)展接口。USB2.0接口設(shè)備通過USB數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，并且通過8位數(shù)據(jù)線與通信系統(tǒng)相連。在發(fā)送端，USB2．0接口設(shè)備的作用是采集計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到UWB通信系統(tǒng)的基帶模塊中；在接收端，UWB接收機(jī)將收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過基帶處理，再通過USB2．0接口設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)給計(jì)算機(jī)。