超宽带无线技术

三、UWB的调制方式

　　UWB是发射和接收冲激脉冲的技术，可以使用不同的方式来产生和接收这些信号以及对传输信息进行编码，可以单独或成组发射，并可根据幅度、相位和脉冲位置对信息进行编码。UWB信号的调制方式有：脉冲位置调制(PPM)、M脉冲位置调制(MPPM)、二进制相移键控(BPSK)、开关键控(OOK)、二进制脉冲幅度调制(BPAM)、M进制脉冲幅度调制(MPAM)、混合脉冲位置调制、直接数字调制、子载波调制等。当前采用较多的是脉冲位置调制(也称时间调制：TM)和二进制脉冲幅度调制，下面就主要介绍这两种调制方式。

　　1.脉冲位置调制

　　脉冲位置调制是将需要传递的数字信息调制到脉冲与脉冲之间的超窄(小于1ns)无载频脉冲信号的时隙中去，并以每秒几百万个脉冲的速率发射和接收UWB信号。

　　假设UWB多径接入系统中有无数个有效的脉冲无线发射机同时发射信号，则第k个发射机输出的典型时跳信号可以表示为：

　　　　(1)

　　其中：t(k)是第k个发射机的时钟时间，cj(k)是第k个发射机的跳时码，0≤cj(k)(u)＜Nh,NhTc≤Tf，Tf是平均脉冲重复周期；dj(k)(u)示调制的数据，Wt(t)表示所发送的基本高斯脉冲波形。

　　理论上开始于发射机时钟的零时刻，且每个发射机发射的数目与发射机有关。因此第k个发射机发射的信号包括大量的变换到不同时间的单周期波形，第k个单周期理论上开始于k时间，表示基本可能抽样空间中的一个因素。

　　2.二进制脉冲幅度调制

　　BPAM是超宽带信号的另外一种典型波形，可以表示为：

　　　　(2)

　　其中：dj(k)表示第k个发射机传输二进制符号"0"和"1"所对应的"-1"和"+1"。

　　BPAM与PPM的主要区别是：前者用信息符号控制脉冲幅度，后者用于控制发射信号的时延。

　　在典型的UWB收发信机结构中，首先在发射端由脉冲重复频率发生器控制脉冲发生器产生一系列的冲激脉冲，然后在调制器中，用待发送的数据对这一系列的脉冲进行脉冲振幅调制或脉冲位置调制，并通过射频滤波器将这一系列带有发送信息的脉冲发送出去。在接收端，天线接收通过多径衰落信道而来的UWB信号，经过噪声放大器将信号能量放大之后输入到相关的解调器中。在相关解调器中，使用与发端同样的冲激脉冲序列对射频滤波，再通过低通滤波、抽样等恢复发送信号。

四、UWB-RT的应用

　　随着UWB-RT商业化的开始，这项技术为支持高速应用和低速智能设备的短距离无线通信系统的部署提供了可能性。FCC定义的UWB天线系统，使用简单的调制和编码机制，在短距离内可达到的信息速率大于100Mbit/s。UWB在信息速率和覆盖范围之间可以取一个折衷。

　　大量的应用场景适合使用UWB，主要包括高速无线个人网(HDR-WPAN)，无线以太网接口链路(WEIL)，智能天线区域网(IWAN)，室外点对点网络(OPPN)，传感器、定位和识别网络(SPIN)。

　　前三种情况假定UWB设备网络部署在居民区或者办公区，主要传送用于娱乐的无线视频/音频和控制信号；第四种情况提供室外点对点连接：而第五种考虑工业和商业环境。

　　1.HDR-WPAN

　　HDR-WPAN定义为：每个房间的活动设备为5～10，在1～10m范围内，数据速率为100～500Mbit/s，主要基于点对点拓扑。它可利用现有的有线或者无线标准通过中继与外部相连。

　　2.无线以太网接口链路

　　可以将HDR的概念扩展到更高的数据速率，如1Gbit/s、2.5Gbit/s。WEIL应该满足以下需求：从PC厂商方面看，需要以太网线的替代品；从消费者角度看，在PC和LCD屏之间要求高质量的无线视频传输能力，可以传无线数字视频。

　　3.智能天线区域网

　　IWAN适用于在室内或者办公室等有高密度设备的地方，距离为30m。设备的要求是：低成本、低功率消耗(如1～10mw)，并能给用户提供家庭/办公室的智能分布网。设备的功能应包括准确定位、跟踪、支持环境敏感的设备，这在当前的窄带短距离网络中不太容易实现。在这种情况下，无线最后一英里或者到外部的可用连接可以用来发送报警、控制信号，或者远程检查家庭周围传感器的状态。

　　4.室外点对点网络

　　UWB设备部署在室外，主要适用于PDA上行和信息交换，包括新闻文本、图片和视频的下载。采用何种标准将决定着OPPN结构是使用集中方式还是分布方式，这是一个需要进一步研究的课题。

　　欧洲即将采用的UWB标准将严格限制支持室外的UWB设备的部署。然而，这种情况可能会改变，因为UWB管制的使用也在不断进步，如同过去其他无线业务所经历的一样。

　　5.传感器、定位和识别网

　　SPIN系统的特征是设备密度高(每层几百个)。它主要用于在工厂或者仓库发送带有定位信息的低速数据包。SPIN设备使用范围较大，如果为主从拓扑，在单独设备和主站之间的距离可达100m。在工业应用中，SPIN需要高级链路可靠性和自适应的系统特征，以对动态改变的接口和传播环境作出反应。

　　UWB的一个重要作用就是可根据用户需求提供有效的业务。场景机制的划分和各种网络的发展，包括上面分析的各种情况，都远远不能满足用户的期望。一个宏伟的目标就是在不同场景下，实现各种网络的无缝共存和互操作性，因此涉及有效的连接、自动漫游机制和数据链路的自适应，将是未来一个重要的研究课题。