IR-UWB通信系統高速USB接口的設計與實現

摘要: 采用高速USB接口連接計算機終端與UWB通信系統基帶模塊，設計并實現了USB接口電路，控制UWB通信系統基帶模塊與USB接口設備的數據傳輸，最終實現了終端電腦與UWB通信系統的數據傳輸。實際測試中，USB接口的速率約為300 MB／s，達到了USB2．0規范所規定的高速傳輸的要求。
關鍵詞: UWB通信系統；USB接口；USB接口電路

IR-UWB(Ultra Wide Band Impulse Radio)無線通信是一種不用載波，而采用時間間隔極短的脈沖進行通信的方式，也稱作脈沖無線電(Impulse Radio)、無載波(Cartier Free)通信。 2001年4月我國發布了“十五”863計劃，其中把UWB無線通信關鍵技術以及共存與兼容技術列為有關通信技術主體研究項目，許多高校也將對UWB的研究作為重點科研項目，取得了很多進展。其中，某高校參與研發的UWB通信演示系統，要求可在室內10 m距離內傳輸流媒體，文中以該UWB通信演示系統為依托，分析了UWB通信系統與終端設備的接口需求，選用高速USB接口方案，運用FPGA技術實現了USB接口硬件控制電路及計算機終端與UWB通信系統基帶模塊的數據傳輸。

1 高速IR-UWB通信系統方案和實現
如圖l，圖2所示。IR-UWB通信系統由計算機端信源信宿、UWB發射機、UWB接收機、基帶信號處理、超寬帶收發天線組成。該系統中，傳輸信號中心頻率達到3．5 GHz，UWB脈沖包絡寬度在4～6 ns之間，頻譜帶寬不小于500 MHz，室內傳輸距離在10 m以內，發射信號譜型滿足FCC頻譜模板要求，其信道傳輸速率可以達到100 MB?S-1。

1．1 基帶傳輸方案
基帶部分是UWB通信設備的關鍵模塊。它主要完成信道編解碼、終端與通信系統的連接，如圖3所示。

UWB通信系統已經實現，該通信系統發端采用內置信源，收端通過示波器觀測數據是否達到指標要求。顯然這樣的方式無法反映UWB通信系統的性能，因此必須為該通信系統擴充終端接口。文中對高速USB接口進行了討論。USB是一種應用在計算機領域的新型接口技術，最早由Compaq，Intel，Microsoft等多家公司于1994年11月共同提出，其目的是使用USB取代PC機現有的各種外圍接口，使外設的連接具有單一化、即插即用、熱插拔等特點。為了支持UWB通信系統100 MB／s的傳輸速率，并保證流媒體實時、流暢的傳輸，文中最終選用高速USB設備作為通信系統的擴展接口。USB2.0接口設備通過USB數據線與計算機相連，并且通過8位數據線與通信系統相連。在發送端，USB2．0接口設備的作用是采集計算機發送的數據，并轉發到UWB通信系統的基帶模塊中；在接收端，UWB接收機將收到的數據經過基帶處理，再通過USB2．0接口設備轉發給計算機。