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超宽带无线通信技术和应用领域

2010年03月13日 10:58 www.elecfans.com 作者:佚名 用户评论(0

超宽带无线通信技术和应用领域

摘要:首先简要介绍了超宽带(UWB)的系统框架,而后介绍了其主要技术特征和标准化情况,最后对UWB技术的应用前景进行了展望。

关键字:超宽带、MB-OFDM、DS-CDMA、IEEE802.15.3a、无线USB蓝牙

一、概述

超宽带UWB(UltraWideband)是一种无载波通信技术,起源于上世纪60年代,过去仅应用在军事雷达和定位设备中。随着无线通信技术的飞速发展,人们对高速无线通信提出了更高的要求,超宽带技术又被重新提出。UWB利用纳秒至皮秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,这些脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz,因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps。在高速通信的同时,UWB设备的发射功率却很小,仅仅是现有设备的几百分之一。所以UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式。

UWB系统的完整架构如图1所示。最下层为物理层和MAC层,在其上为汇聚层,汇聚层的上面就是应用层的无线USB、无线1394和其他的应用环境。而本文下面提到的MB-OFDM和DS-CDMA均属于物理层和MAC层的技术方案。

超宽带无线通信技术和应用领域


图1UWB系统架构



二、UWB的两大技术标准

2003年,在IEEE802.15.3a工作组征集提案时,IntelTI和XtremeSpectrum分别提出了多频带(MulTIband)、正交频分复用(OFDM)和直接序列码分多址(DS-CDMA)三种方案,后来多频带方案与正交频分复用方案融合,从而形成了多频带OFDM(MB-OFDM)和DS-CDMA两大方案。下面分别对这两种方案进行介绍。

1.MB-OFDM和DS-CDMA方案技术特征

MB-OFDM的核心是把频段分成多个528MHz的子频带,每个子频带采用TFI-OFDM(时-频交织正交频率复用)方式,数据在每个子带上传输。传统意义上的UWB系统使用的是周期不足1ns的脉冲,而MB-OFDM通过多个子带来实现带宽的动态分配,增加了符号的时间。长符号时间的好处是抗ISI(符号间干扰)能力较强。但是这种性能的提高是以收发设备的复杂性为代价的,而且由于OFDM技术能使微弱信号具有近乎完美的能量捕获,所以它的通信距离也会较远。

DS-CDMA最早是由XtremeSpectrum公司提出的。它采用低频段(3.1~5.15GHz)、高频段(5.825~10.6GHz)和双频带(3.1~5.15GHz和5.825~10.6GHz)三种操作方式。低频段方式提供28.5~400Mbit/s的传输速率,高频段方式提供57~800Mbit/s的传输速率。DS-CDMA在每个超过1GHz的频带内用极短时间脉冲传输数据,采用24个码片的DS-SS(直接序列扩频)实现编码增益,纠错方式采用R-S码和卷积码。

表1给出了MB-OFDM和DS-CDMA两种方案的主要技术参数。

表1MB-OFDM和DS-CDMA两种方案的主要技术参数


超宽带无线通信技术和应用领域



2.UWB标准化现状

从以上两种技术方案提出之日起,IEEE802.15.3a工作组中就一直不能达成一致。从技术上来讲,MB-OFDM和DS-CDMA是无法彼此妥协的,DS-UWB曾提出一个通用信令模式,希望与MB-OFDM兼容,但被MB-OFDM拒绝。经过三年没有结果的争辩竞争,IEEE802.15.3a工作组宣布放弃对UWB标准的制定,工作组随即解散。

IEEE802.15.3a工作组解散后,MB-OFDM的支持者WiMedia论坛转而取道ECMA/ISO想要激活标准。2005年12月,WiMedia与ECMAInternaTIonal(国际欧洲计算机制造商协会)合作制定并通过了建立ECMA368/369。ECMA368/369基于MB-OFDM技术,支持的速率高达480Mbps以上。ECMA已向ISO提交此标准,据称该标准有望于今年第四季度成为ISO标准。

三、UWB技术的应用前景

随着IEEE802.15.3a工作组的解散,双方将继续在技术上竞争,也许市场将决定哪种技术最终获胜。图2给出了UWB的应用领域,可见UWB的应用遍及个人电脑,消费电子产品以及移动通信领域。

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图2UWB应用领域



(1)PC及外围设备

UWB技术可以为PC用户提供取代线缆的无线USB,从而为PC和打印机、扫描仪、键盘、显示器等外围设备提供无线的连接。

(2)移动电子类设备和通信设备

一旦PC采用UWB作为短距离线缆的替代方案,数码相机、数码摄像机以及移动消费电子类产品将随之改变。UWB技术不仅可将所有的影像捕捉设备与个人电脑互联,而且可以将其直接连接到显示设备、打印机和P2P设备;而UWB技术也使得移动电话变成个人服务器,可以直接与个人电脑、打印机、大屏幕显示器、扬声器和汽车电器互联。

(3)家庭消费电子类产品

UWB技术将会消除家庭娱乐设备之间的电缆,并且将提供个人电脑,家庭娱乐设备以及消费电子设备之间的无线互联。

在UWB相关应用方面,MB-OFDM已被USB-IF采纳为无线USB的技术;同时,今年3月份,BluetoothSIG(BluetoothSpecialInterestGroup,蓝牙特别兴趣小组)宣布将结合MB-OFDM技术和现有蓝牙技术,从而实现新的高速传输应用。相比之下,DS-CDMA的发展就略逊一筹,为了抢占庞大的USB市场,今年1月份,UWBForum成立了Cable-FreeUSBIniTIative,开发其自有的无线USB规范。

在尚未明朗的无线1394领域,就两大联盟的参与者来看,UWBForum中有SONY的参与,而SONY在家电等相关产品中有相当程度的影响力,所以在无线1394的发展上,UWBForum的实力仍不可小视。

四、总结

2006年1月IEEE宣布解散802.15TG3a工作小组,UWB未来的发展就交由市场来决定,WiMedia-MBOA和UWBForum两大阵营的竞争更加白热化。从两大联盟的参与者和目前相关应用采纳程度来看,WiMedia-MBOA已获得USBIF和BluetoothSIG的接纳,未来在PC相关应用发展上有较大优势;而UWBForum则有移动设备相关制造商Freescale、Motorola以及家电制造商SONY的支持,未来在通信和消费电子类产品的应用应该可占有一席之地。

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( 发表人:邓佳佳 )

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