知識小便簽之超寬帶無線接入
本文詳細介紹了超寬帶無線接入技術的由來,從無線UWB技術,也就是脈沖無線電技術發展而來。應用于更廣闊的領域,與我們日常生活相互融合,不僅是在娛樂和工作上帶來便利。
超寬帶無線接入技術
根據超寬帶通信系統存在嚴重窄帶干擾和MB-OFDM信號高峰均功率比的問題,結合我國頻譜資源分配現狀和硬件可實現條件,運用超寬帶無線接入技術可設計一種基于正交擴展與交織的MB-OFDM超寬帶(MB-OFDM-UWB)通信系統。包括信道劃分方案、信號發送形式、數據包結構、收發機實現框架等系統設計參數。該技術將子載波傳輸的編碼比特流擴展到相應子帶的所有子載波上,然后再將各子載波傳輸的擴展數據流在所有的子帶間進行交織。
這樣,一方面充分利用了系統子載波和子帶之間的頻率分集性,大大增強了MB-OFDM-UWB系統抗窄帶干擾的能力;另一方面,通過對傳輸數據進行正交擴展與交織,使得進入多載波調制的數據趨于高斯分布,減小了傳輸數據自相關函數的旁瓣峰值,降低了OFDM-UWB信號的峰均功率比,同時還改善了信號的頻譜結構。理論分析和仿真結果表明,基于這種結構的超寬帶通信系統在系統容量、誤比特率性能、抗干擾、信號峰均功率比、系統實現復雜性等方面均具有諸多的優勢。
追溯超寬帶無線接入技術的由來,從以下說起:根據FCC的定義,UWB技術是指相對帶寬(帶寬與中心頻率之比)大于0.2或帶寬超過500MHz的系統。FCC分配了3.1~10.6GHz頻段作為UWB系統可使用的頻段,在該頻段內,UWB設備的發射功率需低于-41.3dBm/MHz,以便與其他無線通信系統共存。
早期的UWB技術使用的是脈沖無線電技術,脈沖UWB技術的脈沖長度通常在亞納秒量級,信號帶寬經常達數GHz,且具有很小的占空比,這使得脈沖UWB設備的平均發射功率很低,是現有的藍牙系統的1/100至1/1000。低發射功率帶來優勢是UWB設備的發射功率能夠降到背景噪聲的水平,因此可以和其他無線系統共享頻段。而且極低的發射功率也使UWB設備具有很低能耗、低成本、保密性良好等優點。
另外,低占空比的脈沖UWB設備也有很好的抗多徑干擾性能。脈沖UWB系統的缺點是頻譜利用率較低,脈沖成形濾波過程中殘留的帶外頻率分量可能產生難以預估的干擾,并且實現脈沖UWB系統有一定的困難。
當今主流的UWB技術方案是將傳統的載波調制技術經過改進,使其能夠利用很大的帶寬,從而實現很高的容量。非脈沖UWB方案主要有多頻帶OFDM(MB-OFDM)和DS-CDMA兩種,分別可以看作是OFDM技術和CDMA技術的超寬帶改進型。MB-OFDM仍然基于128點的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1Gcps的碼片速率,與傳統CDMA技術幾百kcps的碼片速率形成了很大區別。人們在這兩種技術上積累的理論知識和實踐經驗大部分仍適用于UWB技術,只是在干擾問題、頻譜規劃、低能耗等具體的技術環節上應特別注意。
近幾年來,UWB技術的標準化主要在IEEE 802.15框架內進行。IEEE 802.15是從事無線個人網(WPAN)的標準化組。WPAN系統主要用于個人設備之間的互聯,覆蓋范圍在10m以內,且具有廉價、低能耗的特點。在802.15協議中,802.15.3a專門考慮采用UWB技術實現進一步提高WPAN的速率的目標。脈沖無線電UWB技術是802.15.4的備選方案之一,用于提供高精度測距和定位服務(精度1m以內),以及實現更長的作用距離和超低耗電量。
WPAN中的UWB技術主要是應用于將越來越多的電子設備之間的聯線替換為無線連接,使家居或辦公室中各種設備之間的信息交換更加方便、靈活和快捷。UWB技術應用于數字化家庭,可以將消費者家居中的電器用一個無線網絡連接起來,使各種影音信息可以在這些電器之間傳遞和交換。UWB WPAN技術應用于數字化辦公室,可以將所有的電子辦公設備用無線網絡連接,能夠免除接線繁多的麻煩,使辦公環境更加方便靈活。UWB技術用于會議設備的互聯,能夠讓與會者的終端設備之間以及與投影儀之間都可以建立高速的無線連接,及時地交換、展示多媒體內容。
UWB技術應用于個人便攜設備上,使得個人終端可以從互聯網或局域網上即時下載大量的數據,從而將大部分數據存放在網絡服務器的存儲空間中,而不是保存在個人終端中。這樣,功能強大的個人計算機也可能變得十分小巧,便于攜帶。隨著UWB技術的發展、完善,我們甚至可以將其用于個人終端不同部件之間的互聯。從而使用戶更容易接受、更容易使用。
超寬帶無線接入技術從UWB技術發展而來,可以說是UWB的升級版。每一種無線技術都是相互影響和促進,結合或者融合,為今后的網絡帶來發展的養料。