利用超寬帶(UWB)組建高速家庭網(wǎng)絡(luò)
無(wú)線技術(shù)日趨發(fā)達(dá)的今天,各種各樣的無(wú)線終端和數(shù)碼設(shè)備等多媒體設(shè)備和應(yīng)用在不斷增加。數(shù)字高清電視、數(shù)字高清影碟機(jī)、數(shù)碼音響系統(tǒng)、數(shù)碼相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)等都已經(jīng)進(jìn)入尋常百姓家,家庭市場(chǎng)對(duì)于這些多媒體設(shè)備間的高速無(wú)線互連的需求也更為迫切,人們的愿望已經(jīng)不單單局限于“連接”,而是希望有更高的速率。
便攜設(shè)備當(dāng)中日益強(qiáng)大的內(nèi)存功能、數(shù)字圖像及不斷增大的檔案容量,以及多媒體應(yīng)用中對(duì)更高質(zhì)量和更高清晰度圖像及影像的需求,都要求有更高的無(wú)線數(shù)據(jù)速率,同時(shí)要縮小設(shè)備的體積和降低功耗。但是傳統(tǒng)的技術(shù)方案顯然很難滿足家庭市場(chǎng)的特殊要求,廠商需要開發(fā)新的無(wú)線技術(shù)用于家庭網(wǎng)絡(luò)。
幾十年來(lái),經(jīng)典的無(wú)線設(shè)計(jì)一直在數(shù)據(jù)速率、實(shí)施成本及系統(tǒng)總功耗之間進(jìn)行權(quán)衡。家庭無(wú)線市場(chǎng)比較特殊,因?yàn)樗瑫r(shí)要求高數(shù)據(jù)速率(支持多個(gè)數(shù)字音視頻流)、非常低的成本(以利于消費(fèi)者廣泛接受),以及非常低的功耗(以便能嵌入到電池供電的手持設(shè)備)。超寬帶(UWB)無(wú)線通信系統(tǒng)能夠滿足家庭市場(chǎng)的這些特殊需求。
家庭的無(wú)線高速互連首先必須是無(wú)縫連接,最大程度地降低干擾,實(shí)現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸,滿足高清晰度電視、音響系統(tǒng)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等的音視頻數(shù)據(jù)流的需求。此外,它還應(yīng)能傳輸大容量的多媒體文件,如MP3曲目庫(kù)和MPEG電影文件等。
現(xiàn)在的消費(fèi)電子多以?shī)蕵窞橹?有很多是由電池驅(qū)動(dòng)的手持設(shè)備,成本也在不斷下降。另外,支持多個(gè)數(shù)字音視頻流的網(wǎng)絡(luò)互連要求更高的數(shù)據(jù)帶寬。數(shù)字顯示設(shè)備(等離子、液晶顯示器)、PDA和MP3播放器等全數(shù)據(jù)格式的設(shè)備,其數(shù)據(jù)率從數(shù)百kb/s(如MP3的數(shù)據(jù)率為320kb/s),到幾十Mb/s(如MPEG2格式的DVD數(shù)據(jù)率為10Mb/s,而MPEG2 HD則高達(dá)25Mb/s)。要想為這些設(shè)備增加無(wú)線連接功能,必須做到速度快、功耗低和價(jià)格便宜。
在過(guò)去的一年里,超寬帶(Ultra Wideband,UWB)無(wú)線通信技術(shù)以其獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢(shì),在世界各國(guó)受到了普遍關(guān)注和研究開發(fā)。超寬帶(UWB)系統(tǒng)目前被應(yīng)用于家庭娛樂系統(tǒng)的無(wú)線連接,而且也非常適用于各種移動(dòng)設(shè)備和娛樂設(shè)備之間的連接,如手機(jī)和電腦等,被認(rèn)為是未來(lái)短距離高速無(wú)線系統(tǒng)的最佳解決方案之一。
圖1 基于全向天線的室內(nèi)UWB發(fā)射功率限制
圖1給出了FCC對(duì)室內(nèi)超寬帶UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率的限制。FCC的頻率規(guī)劃是將3.1～10.6GHz的頻段分給UWB的設(shè)備做帶內(nèi)頻段使用,而在這個(gè)頻率范圍之外的DS-UWB的發(fā)射是帶外的(OOB)且是無(wú)意發(fā)射,而且UWB系統(tǒng)不受瑞利衰落的影響。
目前提交給IEEE 802.15.3a的直接序列UWB(DS-UWB)方案將帶內(nèi)頻譜分為兩段,低頻段為3.1～4.9GHz,高頻段為6～10.6GHz。UWB以猝發(fā)的高碼片速率的沖激小波脈沖發(fā)射數(shù)據(jù)分組,其中直擴(kuò)序列中的一個(gè)“碼片”就是一個(gè)小波。小波的連續(xù)發(fā)射可以獲得很高的碼片速率。這些小波是由每碼片三個(gè)射頻周期組成的,小波之間的間隔為三個(gè)周期,使中心頻率恰好三倍于碼片速率。在DS-UWB方案中,高頻段與低頻段的波形看起來(lái)完全一樣,它們之間只是一種簡(jiǎn)單的2倍關(guān)系,即兩者的中心頻率與持續(xù)時(shí)間都是兩倍的關(guān)系,兩者都是采用三個(gè)周期的小波。
三周期小波的包絡(luò)通過(guò)濾波器整形以滿足FCC對(duì)帶外發(fā)射功率的限制。用反極性BPSK或QPSK調(diào)制小波來(lái)攜帶信息。數(shù)據(jù)比特通過(guò)一個(gè)白化器與前向糾錯(cuò),
