淺談超寬帶互聯及其調制方法

UWB技術是一種新型的無線通信技術。它通過對具有很陡上升和下降時間的沖激脈沖進行直接調制，使信號具有GHz量級的帶寬。超寬帶技術解決了困擾傳統無線技術多年的有關傳播方面的重大難題，它具有對信道衰落不敏感、發射信號功率譜密度低、低截獲能力、系統復雜度低、能提供數厘米的定位精度等優點。 1 超寬帶信號及其特點 美聯邦通信委員會(FCC)規定： 部分帶寬號稱為UWB信號。其中，部分帶寬為信號功率譜密度在-10dB處測量的值。

　　UWB最早出現于60年代，當時主要研究受時域脈沖響應控制的微波網絡的瞬態動作。通過Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究，UWB技術在70年代獲得了重要的發展，其中多數集中在雷達系統應用中，包括探地雷達系統。到80年代后期，該技術開始被稱為“無載波”無線電，或脈沖無線電。美國國防部在1989年首次使用了“超帶寬”這一術語，而到現在UWB理論和技術已經發展了近30年。在UWB的發展過程中，其中有兩項進展十分重要：其一是UWB系統可以與其它使用更高頻譜密度的通信系統共存而不產生任何干擾；其次是FCC于2002年2月14日發布的02-48號報告及規則，該規則定義了不同類UWB設備的發射限制。該規則出臺后，UWB設備立即獲得了廣泛的市場機會，業界對于今后的UWB標準產品也表示出濃厚的興趣。

　　由于FCC對UWB進行了一定限制，UWB最初的應用主要集中在無線PAN上，傳輸距離約為10米，數據速率為110Mbps到480Mbps。這種高速率可輕易地實現客廳內各種數字娛樂設備間的聯網，如DVD、衛星/有線電視機頂盒、電視機及環繞音響。此外，它還可實現數碼相機、掃描儀、打印機、攝像機及MP3播放機等設備與電腦之間的無線連接，從而為采用USB2.0或IEEE 1394有線連接的設備提供了另一種互聯方式，甚至可以取代這些有線連接。此外，還可以通過UWB對多個房間內的設備進行互聯。但是，由于UWB的傳輸功率較低，信號處理可能會有些困難，其頻率范圍為3~10GHz也不易穿透墻壁等障礙。

　　UWB的調制頻段定義為超過中心頻率20%的帶寬比(或500MHz)，因此現有的多種方法均可以產生滿足要求的信號，包括直接序列擴頻、啁啾調制、時間調制UWB(TM-UWB)和子頻段方法。

　　DS-UWB

　　產生UWB信號的一個簡單方法是用一個非常長的偽隨機噪聲(PN)序列來直接擴展信息位，這樣的系統可看作是CDMA的一種特例。目前已有研究人員提議使用這種方法，不過更為流行的是另一種稱為直接序列UWB(DS-UWB)的方法，它的原理與前者基本相同，但是采用了一個單脈沖作為碼片波形。因此DS-UWB要同時承受碼間干擾(ISI)和信道間干擾(ICI)，尤其是在采用短代碼序列的時候。

　　啁啾調制

　　碼片信號的傳輸和反向壓縮(converse compression)技術最初用于雷達設備。在通信應用中，線性啁啾信號更為適用。這些操作通常由聲表面波(SAW)器件來實現，而使用SAW器件會增加產品尺寸和成本，降低廠商的競爭優勢。此外，SAW器件在不同的溫度條件下變化較大，使可靠性降低。因此，寬帶啁啾調制目前尚未在通信領域獲得廣泛應用。