摘要:UWB(Ultra Wideband,超寬帶),超寬帶)技術是目前正被廣泛研究的一種新興無線通信技術,現在已經成為高速無線個人網(WPAN)的首選技術。
1.移動通信UWB技術
UWB(Ultra Wideband,超寬帶),超寬帶)技術是目前正被廣泛研究的一種新興無線通信技術,現在已經成為高速無線個人網(WPAN)的首選技術。
一方面,由于它具有高數據率(可達100Mbit/s一1 Gbit/s)、低功耗和低費用等特點,為無線通信的發展開辟了新的機遇;另一方面,由于它占用極寬的帶寬,與其他通信系統共享頻段,給干擾、兼容等相關領域的研究帶來了挑戰。UWB技術的標準化主要在致力于無線個網(WPAN)標準化工作的1EEE 802.15框架內進行。UWB最初的定義是來自于20世紀60年代興起的脈沖通信技術,又稱為脈沖無線電(Impulse Radio)技術。與在當今通信系統中廣泛采用的載波調制技術不同,這種技術用上升沿和下降沿都很陡的基帶脈沖直接通信,所以又稱為基帶傳輸(BasebandTransmission)或 (Carrierless)技術。脈沖UWB技術的脈沖長度通常在亞ns量級,信號帶寬經常達數GHz,比任何現有的無線通信技術(包括以3G為代表的寬帶CDMA技術)的帶寬都大得多,所以最終在1989年被美國國防部稱為超寬帶技術。傳統脈沖UWB信號通常具有很小的(10—2~ 10—3)占空比,這決定了UWB設備的平均發射功率很低,甚至是現有的藍牙(Blue—tooth)系統發射功率的1/100—1/1000。
如此低的發射功率帶來了諸多好處:
系統的發射功率可以降到背景噪聲的水平,因此可以與其他無線通信系統“安靜的共存”;
極低的發射功率使UWB設備具有很低的能耗,功率放大器通常可以被省去,因此UWB設備具有很低的成本。
極低的發射功率使UWB信號很難被監聽,從而具有良好的保密性。根據美國聯邦通信委員會(FCC)數年前的定義,UWB系統應該是相對帶寬(帶寬與中心頻率之比)大于0.25或帶寬超過1.5GHz的系統。
最近FCC又修正了對UWB技術的定義,規定相對帶寬大于0.2或帶寬超過500MHz的系統都可看作UWB系統。這種更寬泛的定義使某些傳統無線通信技術也開始被考慮作為UWB通信技術的候選方案。2003年,在IEEE 802.15.3a工作組征集提案時,IntelTIXtremeSpectrum(后被Motorola收購)分別提出了多頻帶(Multiband)、正交頻分復用(OFDM)、直接序列CDMA(DS—CDMA)3種方案,后來多頻帶方案與OFDM方案融合,從而形成了多頻帶OFDM(MB—OFDM)和DS—CDMA兩大方案競爭的格局。這兩種方案都在對傳統技術進行改進后滿足了UWB技術的特征。MB—OFDM仍然基于128一OFDM傳輸,但每個子載波的頻寬由幾kHz增長到4MHz。而DS—CDMA 采用了超過1 Gcps的碼片速率,與傳統CDMA技術幾百kcps的碼片速率有很大區別。MB—OFDM和DS—CDMA已經成為UWB主流方案的兩大技術,與早期定義的UWB技術在本質上是不同的,它們更適宜被看作OFDM技術和CDMA技術的超寬帶改進型。超寬帶系統應用中存在一個與其他通信系統的共存和兼容的重要問題。由于超寬帶系統使用很寬的頻帶,因此與很多其他的無線通信系統頻段重疊。雖然從理論上說超寬帶系統的發射功率譜密度很低,應能和其他系統“安靜地共存”,但在實際應用中超寬帶系統對其他系統的兼容性還需要實驗證明,特別是超寬帶系統的工作機理和特性還有很多不清楚的方面,比如超寬帶系統的帶外干擾問題,即超寬帶設備也有可能對其工作頻段之外的無線系統產生一定的干擾,這部分干擾還很難用理論計算的方法準確估計。
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