利用超宽带(UWB)组建高速家庭网络
无线技术日趋发达的今天,各种各样的无线终端和数码设备等多媒体设备和应用在不断增加。数字高清电视、数字高清影碟机、数码音响系统、数码相机和数码摄像机等都已经进入寻常百姓家,家庭市场对于这些多媒体设备间的高速无线互连的需求也更为迫切,人们的愿望已经不单单局限于“连接”,而是希望有更高的速率。
便携设备当中日益强大的内存功能、数字图像及不断增大的档案容量,以及多媒体应用中对更高质量和更高清晰度图像及影像的需求,都要求有更高的无线数据速率,同时要缩小设备的体积和降低功耗。但是传统的技术方案显然很难满足家庭市场的特殊要求,厂商需要开发新的无线技术用于家庭网络。
几十年来,经典的无线设计一直在数据速率、实施成本及系统总功耗之间进行权衡。家庭无线市场比较特殊,因为它同时要求高数据速率(支持多个数字音视频流)、非常低的成本(以利于消费者广泛接受),以及非常低的功耗(以便能嵌入到电池供电的手持设备)。超宽带(UWB)无线通信系统能够满足家庭市场的这些特殊需求。
家庭的无线高速互连首先必须是无缝连接,最大程度地降低干扰,实现高速率的数据传输,满足高清晰度电视、音响系统和数字摄像机等的音视频数据流的需求。此外,它还应能传输大容量的多媒体文件,如MP3曲目库和MPEG电影文件等。
现在的消费电子多以娱乐为主,有很多是由电池驱动的手持设备,成本也在不断下降。另外,支持多个数字音视频流的网络互连要求更高的数据带宽。数字显示设备(等离子、液晶显示器)、PDA和MP3播放器等全数据格式的设备,其数据率从数百kb/s(如MP3的数据率为320kb/s),到几十Mb/s(如MPEG2格式的DVD数据率为10Mb/s,而MPEG2 HD则高达25Mb/s)。要想为这些设备增加无线连接功能,必须做到速度快、功耗低和价格便宜。
在过去的一年里,超宽带(Ultra Wideband,UWB)无线通信技术以其独有的技术优势,在世界各国受到了普遍关注和研究开发。超宽带(UWB)系统目前被应用于家庭娱乐系统的无线连接,而且也非常适用于各种移动设备和娱乐设备之间的连接,如手机和电脑等,被认为是未来短距离高速无线系统的最佳解决方案之一。
图1 基于全向天线的室内UWB发射功率限制
图1给出了FCC对室内超宽带UWB系统的发射功率的限制。FCC的频率规划是将3.1～10.6GHz的频段分给UWB的设备做带内频段使用,而在这个频率范围之外的DS-UWB的发射是带外的(OOB)且是无意发射,而且UWB系统不受瑞利衰落的影响。
目前提交给IEEE 802.15.3a的直接序列UWB(DS-UWB)方案将带内频谱分为两段,低频段为3.1～4.9GHz,高频段为6～10.6GHz。UWB以猝发的高码片速率的冲激小波脉冲发射数据分组,其中直扩序列中的一个“码片”就是一个小波。小波的连续发射可以获得很高的码片速率。这些小波是由每码片三个射频周期组成的,小波之间的间隔为三个周期,使中心频率恰好三倍于码片速率。在DS-UWB方案中,高频段与低频段的波形看起来完全一样,它们之间只是一种简单的2倍关系,即两者的中心频率与持续时间都是两倍的关系,两者都是采用三个周期的小波。
三周期小波的包络通过滤波器整形以满足FCC对带外发射功率的限制。用反极性BPSK或QPSK调制小波来携带信息。数据比特通过一个白化器与前向纠错,
