超寬帶技術(shù)研究報(bào)告

1、 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 介紹 2超寬帶技術(shù)的工作原理及其演化 2主流超寬帶通信技術(shù)介紹 3MB-OFDM 技術(shù)介紹 4為什么采用 OFDM 技術(shù) 4頻譜劃分 5OFDM技術(shù) 6時(shí)頻碼 7DS-CDMA 技術(shù)介紹 7頻譜劃分 7DS-CDMA 技術(shù) 8共同信令模式 10UWB 系統(tǒng)的 MAC 層發(fā)展現(xiàn)狀 11超寬帶系統(tǒng)與其他無(wú)線通信系統(tǒng)的兼容 14FCC 的 UWB 頻譜規(guī)劃 14ETSI 的 UWB 頻譜規(guī)劃 15ITU 的 UWB 電磁兼容性研究 16中國(guó)對(duì) UWB 電磁兼容性研究 18超寬帶通信技術(shù)的標(biāo)

2、準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用 18UWB 技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程 18UWB 技術(shù)的應(yīng)用前景 19IEEE 802.15.4A標(biāo)準(zhǔn)化近況 22結(jié)論與未來(lái)工作展望 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。.介紹超寬帶(Ultra Wideband , UWB )技術(shù)是現(xiàn)在正在被廣泛研究的一種新興無(wú)線通信技術(shù)。 一方面，由于其具有高數(shù)據(jù)率(可達(dá) 100Mbps1Gbps)、低功耗和低費(fèi)用等特點(diǎn)，為無(wú)線通 信的發(fā)展開(kāi)辟了新的機(jī)遇。另一方面，由于其占用極寬的帶寬，與其他通信系統(tǒng)共享頻段， 又給干擾、兼容等相關(guān)領(lǐng)域的研究帶來(lái)了挑戰(zhàn)。最近，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)( FCC)已經(jīng)規(guī)定UWB系統(tǒng)可以使用3.1GHz10.6GHz的 頻段，但有效各向同

3、性發(fā)射功率( EIRP , Effective Isotropic Radiated Power)不得超過(guò) -41.3dBm/MHz 。頻譜規(guī)劃的確定使 UWB技術(shù)的研發(fā)驟然加速。在過(guò)去的一兩年中，各種 技術(shù)方案圍繞國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)UWB芯片的開(kāi)發(fā)業(yè)緊鑼密鼓地進(jìn)行，第一批UWB設(shè)備有可能在2004年底面市。而我國(guó)在 UWB方面的研究還有很多工作 要做：頻譜尚未劃分，發(fā)射功率的限制要求尚未確定，作為頻譜劃分依據(jù)的兼容性研究和測(cè)試技術(shù)尚不成熟，技術(shù)方案尚未選定。本報(bào)告試圖對(duì)當(dāng)今國(guó)際上 UWB技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景做一介紹，并對(duì)我國(guó)在UWB方面的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化提出一些建議。需要

4、說(shuō)明的是，UWB技術(shù)并不僅僅應(yīng)用于通信領(lǐng)域，它在雷達(dá)成像、車載防撞雷達(dá)、定位、測(cè)距等方面也有很多應(yīng)用。本報(bào)告主要涉及UWB通信技術(shù)。本報(bào)告的內(nèi)容將分成如下幾部分：第二節(jié)將介紹超寬帶技術(shù)的原理及近年來(lái)該技術(shù)的概 念的變化。第三節(jié)將對(duì)現(xiàn)在有可能成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的兩種主流UWB技術(shù)方案進(jìn)行介紹， 并比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。第四節(jié)將對(duì)UWB技術(shù)的應(yīng)用前景做一展望。第五節(jié)將討論UWB技術(shù)的兼容性問(wèn)題。第六節(jié)將對(duì)我國(guó)在UWB標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中應(yīng)做的工作提出建議。.超寬帶技術(shù)的工作原理及其演化UWB技術(shù)被看作是近幾年在無(wú)線通信領(lǐng)域興起的一種新技術(shù)。但實(shí)際上，這項(xiàng)技術(shù)已 經(jīng)有幾十年的歷史了。UWB最初的定義是來(lái)自于

5、60年代興起的脈沖通信技術(shù)，又成為脈沖無(wú)線電(Impulse Radio)技術(shù)。與在當(dāng)今通信系統(tǒng)中廣泛采用的載波調(diào)制技術(shù)不同，這種 技術(shù)用上升沿和下降沿都很陡的基帶脈沖直接通信，所以又稱為基帶傳輸(basebandtransmission)或無(wú)載波(carrierless)技術(shù)。脈沖UWB技術(shù)的脈沖長(zhǎng)度通常在亞納秒量級(jí)，信號(hào)帶寬經(jīng)常達(dá)數(shù) GHz,比任何現(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)(包括以 3G為代表的寬帶 CDMA技術(shù))的帶寬都大得多，所以最終在 1989 年被美國(guó)國(guó)防部稱為超寬帶技術(shù)。傳統(tǒng)脈沖UWB信號(hào)通常具有很小的占空比(duty cycle )(10-210-3),這決定了這種UWB設(shè)備的平均發(fā)射

6、功率很低，甚至是現(xiàn)有的藍(lán)牙(Bluetooth)系統(tǒng)的1/100至1/1000。如此低的發(fā)射功率帶來(lái)的諸多好處：首先，這使UWB系統(tǒng)可以與其他無(wú)線通信系統(tǒng)“安靜的共存”?？梢岳斫猓琔WB系統(tǒng)所要求的超寬頻段不可能通過(guò)獨(dú)占許可頻段來(lái)獲得，所 以UWB設(shè)備的發(fā)射功率必須降到背景噪聲的水平，以便和其他無(wú)線系統(tǒng)共享頻段。其次， 極低的發(fā)射功率也使 UWB設(shè)備具有很低的能耗。由于功率放大器通?？梢员皇∪ィ琔WB設(shè)備具有很低的成本。最后，極低的發(fā)射功率也使UWB信號(hào)很難被監(jiān)聽(tīng)，從而有很好的保密性。另外，低占空比的脈沖UWB設(shè)備也有很好的抗多徑干擾性能。由于脈沖寬度很小，來(lái)自其他徑的信號(hào)分量很容易被時(shí)域?yàn)V波

7、器濾掉。盡管脈沖UWB系統(tǒng)由上述的優(yōu)點(diǎn)，但其頻譜利用率較低，脈沖成形濾波過(guò)程中殘留的 帶外頻率分量可能產(chǎn)生難以預(yù)估的干擾，也有研究指出使用CMOS實(shí)現(xiàn)脈沖UWB系統(tǒng)有一定的困難。另外，早期脈沖UWB技術(shù)的專利多掌握在一些小公司手中。基于上述的原因，當(dāng)近幾年Intel、TI、Motorola等大公司進(jìn)入這一領(lǐng)域時(shí)，不約而同的摒棄了脈沖方法，轉(zhuǎn)而 對(duì)傳統(tǒng)的載波調(diào)制技術(shù)進(jìn)行改造，使其具有 UWB技術(shù)的特點(diǎn)。從UWB技術(shù)本身的工作機(jī)理分析，該技術(shù)的某些特點(diǎn)與使用脈沖技術(shù)沒(méi)有必然的聯(lián) 系。根據(jù)香農(nóng)公式，無(wú)線信道的容量極限是與其占用的帶寬成正比的，UWB能實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)率，是由于其占用很大的帶寬。如果載波

8、調(diào)制技術(shù)經(jīng)過(guò)改進(jìn)可以利用很大的帶寬，理論上也可以實(shí)現(xiàn)很高的容量。當(dāng)前對(duì)于UWB技術(shù)的定義不是根據(jù)其使用的調(diào)制方式，而是根據(jù)其使用的帶寬來(lái)設(shè)定的。根據(jù)FCC數(shù)年前的定義，UWB系統(tǒng)應(yīng)該是相對(duì)帶寬（帶寬與中心頻率之比）大于 0.25 或帶寬超過(guò)1.5GHz的系統(tǒng)。最近 FCC又修正了對(duì) UWB技術(shù)的定義，規(guī)定相對(duì)帶寬大于 0.2或帶寬超過(guò)500MHz的系統(tǒng)都可看作 UWB系統(tǒng)，并分配3.1-10.6GHZ頻段作為UWB系 統(tǒng)可使用的頻段， 在該頻段內(nèi)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率需低于-41.3dBm/MHz ,以便與其他無(wú) 線通信系統(tǒng)共存。這種更寬泛的定義使某些傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)也開(kāi)始被考慮作為UWB通信

9、技術(shù)的候選方案。2003年，在IEEE 802.15.3a工作組征集提案時(shí)，Intel、TI和XtremeSpectrum （后被 Motorola收購(gòu)）分別提出了多頻帶 （multiband）、正交頻分復(fù)用（OFDM）、直接序列CDMA （DS-CDMA ）等三種方案，后多頻帶方案和OFDM 方案融合，形成了多頻帶 OFDM（MB-OFDM ）和DS-CDMA兩大方案競(jìng)爭(zhēng)的格局。這兩種方案都是在對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn) 后滿足UWB技術(shù)的特征的。MB-OFDM 仍然基于128點(diǎn)的OFDM傳輸，但每個(gè)子載波的 頻寬由幾kHz增長(zhǎng)至ij 4MHz。而DS-CDMA采用了超過(guò)1Gcps的碼片速率，與傳統(tǒng)

10、 CDMA 技術(shù)幾百kcps的碼片速率形成了很大區(qū)別?，F(xiàn)在大部分研究人員都同意，UWB是指一種頻譜使用方案，而不是某種特定技術(shù)的名稱。綜上所述，當(dāng)今成為 UWB主流方案的兩大技術(shù)與早期定義的UWB技術(shù)在本質(zhì)上是不同的，它們更適宜被看作 OFDM技術(shù)和CDMA技術(shù)的超寬帶改進(jìn)型。 人們?cè)谶@兩種技術(shù)上 積累的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)大部分仍適用于UWB技術(shù)，只是在具體的技術(shù)環(huán)節(jié)上（如干擾問(wèn)題、頻譜規(guī)劃、低能耗等）應(yīng)特別注意。雖然在超高速無(wú)線通信方面，大部分研究開(kāi)發(fā)工作已轉(zhuǎn)向非脈沖方法，但仍有部分研究者堅(jiān)持脈沖UWB技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，希望其成為超高速 UWB的備選技術(shù)。另外，脈沖UWB 技術(shù)在雷達(dá)、成像、精確

11、定位（精度 1cm）等其他領(lǐng)域仍有其發(fā)展空間，IEEE 802.15.4a工作組正在考慮的低速 UWB無(wú)線通信技術(shù)也是脈沖方法可能應(yīng)用的領(lǐng)域。.主流超寬帶通信技術(shù)介紹和其他的IEEE 802.1x技術(shù)相似，IEEE 802.15.3a技術(shù)協(xié)議也可分為三層。如圖 1所示, 這三層為物理層、 MAC層和匯聚層。各種 UWB技術(shù)的不同主要體現(xiàn)在物理層和MAC層,匯聚層則將各種不同的應(yīng)用技術(shù)（如無(wú)線UWB、無(wú)線IEEE 1394等）映射到UWB的MAC層。當(dāng)前，UWB物理層技術(shù)主要分為 MB-OFDM 和DS-UWB兩個(gè)分支。這兩種物理層技 術(shù)在MAC層方面，現(xiàn)在都支持IEEE 802.15.3的MA

12、C層協(xié)議。另外，MB-OFDM廠商正在 編寫新的MAC層協(xié)議，以適應(yīng)發(fā)展。nuo 一 soApplications圖1、UWB技術(shù)協(xié)議結(jié)構(gòu)MB-OFDM術(shù)介紹2003年7月在美國(guó)召開(kāi)的IEEE802.15.3a會(huì)議上，Intel提出的多頻帶方案和 TI提出的 OFDM 方案最終融合成了 MB-OFDM UWB技術(shù)方案，并獲得了比DS-CDMA 方案更多的支持。雖然此方案也尚未獲得成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)的75%的票數(shù)(截止至2004年7月)，但由于得到大多數(shù)廠家，尤其是Intel、TI等芯片制造商的支持，很有可能成為最早被業(yè)界認(rèn)同的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。由于兩大標(biāo)準(zhǔn)在IEEE802.15.3a內(nèi)相持不下，MB-O

13、FDM技術(shù)的開(kāi)發(fā)推廣工作主要在多頻帶 OFDM聯(lián)盟(MBOA )中展開(kāi)，該聯(lián)盟現(xiàn)有 173個(gè)成員(截止到2004年9月7 日)，除了 Intel和TI以外，還包括松下、索尼、三菱電機(jī)、三星、飛利浦、惠普、 NEC、 諾基亞、夏普、東芝等知名廠商，中國(guó)的華為、中國(guó)科大和上海大學(xué)也加入了該聯(lián)盟。為什么采用OFD峨術(shù)多頻帶OFDM聯(lián)盟考慮采用 OFDM技術(shù)作為UWB系統(tǒng)的物理層基于如下幾個(gè)原因： (1) 頻譜效率高。OFDM技術(shù)可使所有子載波之間有很好的正交性，所以可以緊密 的排列子載波，從而最大限度的利用頻寬。相對(duì)于 CDMA系統(tǒng)中的多址干擾， OFDM子載波之間的干擾是很小的，所以 OFDM技術(shù)

14、被看作超3G的主要核心 技術(shù)。同時(shí)，OFDM技術(shù)已經(jīng)在無(wú)線接入系統(tǒng)(如 802.11和802.16)和數(shù)字電 視系統(tǒng)中廣泛的使用，取得了良好的效果?？苟鄰礁蓴_。傳統(tǒng)OFDM技術(shù)將數(shù)MHz帶寬分成數(shù)百個(gè)子載波，使每個(gè)子載 波只有幾kHz或十幾kHz,這樣每個(gè)子載波內(nèi)的多徑衰落可以近似看作水平衰 落，這使OFDM接收機(jī)可以將均衡(equalization)過(guò)程極大的簡(jiǎn)化。但需要注 意的是，當(dāng)前被考慮的多頻帶OFDM方案總帶寬超過(guò) 500MHz ,單子載波帶寬在4MHz以上，所以頻率選擇性衰落的影響不可忽略，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的OFDM技術(shù)有很大不同。但是，多頻帶OFDM技術(shù)仍然可以采用在相鄰符號(hào)(sym

15、bol)間插入循環(huán)前綴(cyclic prefix , CP)來(lái)防止碼間干擾(inter-symbol interference , ISI)并保證的子載波之間的正交性，然而由于頻率選擇性衰落產(chǎn)生的一個(gè)符號(hào) 之內(nèi)的多徑干擾仍然相當(dāng)嚴(yán)重，接收機(jī)端均衡的壓力仍然很大?？拐瓗Ц蓴_。在有窄帶干擾的環(huán)境中，OFDM系統(tǒng)可以通過(guò)關(guān)閉某些子載波來(lái)規(guī)避干擾。即使少數(shù)子載波受到干擾，OFDM接收機(jī)也較容易使用前向糾錯(cuò)碼(FEC)解碼器糾正信號(hào)中的誤碼。OFDM技術(shù)的這一特性對(duì) UWB系統(tǒng)有特殊的意義。由于UWB設(shè)備需要在很寬的頻帶中與其他無(wú)線通信系統(tǒng)共存，UWB系統(tǒng)在防止受到其他系統(tǒng)干擾的同時(shí)，要保證其他系統(tǒng)的

16、正常使用，這一點(diǎn)是 UWB技術(shù)是否能順利推廣的一個(gè)重要因素。即使UWB設(shè)備能夠滿足相關(guān)頻率監(jiān)管部門(如FCC)的發(fā)射功率限制，仍需要規(guī)避某些敏感頻段。OFDM系統(tǒng)可以靈活的關(guān)閉與這些頻段重疊的子載波來(lái)滿足要求，以適應(yīng)各國(guó)對(duì)本國(guó)不同 的特殊頻段的保護(hù)。但是直接序列擴(kuò)頻(DS-SS)系統(tǒng)顯然無(wú)法做到這一點(diǎn)。圖2顯示了 OFDM系統(tǒng)如何關(guān)閉某些子載波，以保護(hù)日本航天無(wú)線通信系統(tǒng)所使用的頻段。3332 - 3339 MHz圖2、OFDM系統(tǒng)可關(guān)閉某些子載波，規(guī)避受保護(hù)頻段頻譜劃分多頻帶OFDM UWB頻譜劃分方案曾多次修改，最新的方案如圖3所示。該方案將FCC分配的3.1-10.6GHZ頻帶分為13個(gè)

17、頻段，每個(gè)頻段 528MHz,用來(lái)發(fā)送128個(gè)點(diǎn)的OFDM 信號(hào)，每個(gè)子載波占用4MHz左右?guī)?。這13個(gè)頻段又分為5組，每組包含三個(gè)或兩個(gè)頻段，最初使用的將是低頻段組，即第一組。UWB的OFDM傳輸可以在這三個(gè)頻段之間跳轉(zhuǎn)，以取得頻率分集。高頻的頻段組既可以單獨(dú)使用，也可以和低頻的頻段組聯(lián)合使用，比如第1組和第3組可以聯(lián)合使用，獲得 6個(gè)頻段的頻率分集。UWB系統(tǒng)在多頻段之間的跳轉(zhuǎn)方法由時(shí)頻碼(Time-Frequency Code)實(shí)現(xiàn)，本文將在 3.1.4節(jié)介紹。Band Group #1Band Group #2Band Group #3Band Group #4Band Group

18、#53432 MHzBand#4Band#7Band #129240 MHz9768 MHz10296 MHz55446072MHzMHz396044885016MHzMHzMHz660071287656MHzMHzMHz81848712MHzMHzBandBand#13#14BandBand#5#6BandBand#10#11承：Band #1Band#2Band#3Band#8Band#9圖3、多頻帶OFDM頻譜劃分方案如圖3所示、將很寬的頻帶分段使用的模式即稱為多頻帶(multiband)技術(shù)，這種技術(shù)和OFDM技術(shù)有相似的優(yōu)點(diǎn)，如有效、靈活的使用頻寬，可以支持各種速率的業(yè)務(wù)等。多 頻帶

19、技術(shù)和OFDM技術(shù)聯(lián)合使用，由多頻帶粗分頻帶，由 OFDM細(xì)分頻帶，可以靈活的規(guī)避敏感頻段，如某個(gè)頻段內(nèi)有較多OFDM子載波對(duì)其他系統(tǒng)（例如 5.8GHz WLAN系統(tǒng)）產(chǎn)生干擾，可暫時(shí)完全關(guān)閉這個(gè)頻段，轉(zhuǎn)而使用其他頻段。OFD般術(shù)多頻帶OFDM系統(tǒng)使用的 OFDM技術(shù)與傳統(tǒng)的 OFDM技術(shù)基本是一樣的，這從多頻 帶OFDM發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)（如圖 4所示）就可以看出，只是每個(gè)子載波使用很寬的帶寬而已。 信源首先經(jīng)過(guò)信道編碼、 交織和調(diào)制，然后通過(guò)快速反付麗葉變換（IFFT）將并行分布在各子載波上的符號(hào)調(diào)制成OFDM時(shí)域信號(hào)，然后再調(diào)制到射頻上（由此也可以看出多頻帶OFDM UWB 技術(shù)已與傳統(tǒng)的脈

20、沖 UWB技術(shù)有本質(zhì)的不同）。Input Data圖4、多頻帶OFDM發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)多頻帶OFDM系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)如表 1所示。系統(tǒng)采用128點(diǎn)的OFDM傳輸，正如前面 提到的，由于使用的總頻寬很大，128個(gè)子載波占用4MHz帶寬，一方面加重了接收機(jī)均衡的負(fù)擔(dān)，一方面所加入的循環(huán)前綴消耗了較大的系統(tǒng)帶寬?，F(xiàn)在系統(tǒng)需加入60ns循環(huán)前綴,而符號(hào)長(zhǎng)度僅為 315ns,循環(huán)前綴消耗的帶寬接近20%。從原理上講，應(yīng)考慮使用更多點(diǎn)數(shù)（如10244096點(diǎn)）的OFDM配谿，以減小循環(huán)前綴的開(kāi)銷，并減輕多徑干擾。但可能出 于對(duì)復(fù)雜度的考慮，多頻帶 OFDM的標(biāo)準(zhǔn)制定者尚未考慮這一點(diǎn)。表1、多帶OFDM技術(shù)參數(shù)In

21、fo. Data Rate55 Mb 網(wǎng)80 Mbps”0 Mbps,160200 Mbps32OMbps皿0 Mbps*ModuiatiorVConEteiiaDonOFDMraPSKOFDKVQPSKOFDM/QPSKOF 口的 PSKOFDMraPSKOFDM/QPSKOFDM/QPSKFFT Size1281128128128128128128Cod ng Rate (K=7)R = 11/32R= 1/2R= 11/32R = 1值R = 5R= V2R=3AISpreairtg RerteA422211Informaijon Tones2525505050100100DataTon

22、eE1001001001001003100Info. Length242上ns242.4 ns242.4 ns2A2.4 ns242.4 ns242.4 ns242.4 nsCyclic Preifix60.6 ns606 rre606 ns60 6 ns60 6 ns60.6 ns6O6nsGuard interval9.5 ns9.5 ns9.5 ns9 5 ns9.5 ns9.5 ns0.5 nsSymbol Length312.5 ns312.5 ns312.5 ns312.5 ns312.5 ns3125 ns312.5 nsChannel Bit Rate60 MbpsMD Mbp

23、sMD MbpsM總聯(lián)640您因WO MbpsWO MbpsMulti-path Tolerance60.6 nsBD.BrK60.6 ns60 Bns60.6 ns60.6 ns60.6 ns* Miuichfoiy uinlion datsi i ate. + OiJtioiial infbinmhoii rate根據(jù)不同需求和信道條件，多帶OFDM UWB系統(tǒng)可以提供從 55Mbps到480Mbps的7種傳輸速率。這些不同的速率是由不同的信道碼碼率和時(shí)頻碼擴(kuò)頻系數(shù)得到的。其中55Mbps、110Mbps和200Mbps是強(qiáng)制配谿，其余數(shù)據(jù)率是可選配谿。3.1.4 時(shí)頻碼多頻帶OFDM系統(tǒng)

24、使用空頻碼（time-frequency code）技術(shù)獲得頻率分級(jí)，并實(shí)現(xiàn)多微 微網(wǎng)（piconet）多址。微微網(wǎng)是無(wú)線個(gè)人網(wǎng)（ WPAN ）的基本結(jié)構(gòu)單元，一個(gè)微微網(wǎng)中的 WPAN設(shè)備使用相同的物理層配谿，但使用不同的時(shí)隙進(jìn)行通信。一個(gè)UWB WPAN系統(tǒng)中可能包含多個(gè)微微網(wǎng)，因此需要有效的物理層多址手段防止不同的微微網(wǎng)之間的干擾。時(shí)頻碼類似于跳頻技術(shù)。如3.1.2節(jié)所述，多頻帶OFDM技術(shù)可使用多個(gè) 528MHz頻段傳輸OFDM信號(hào)，如在第一頻段組中，有 3個(gè)頻段可供使用。為了取得頻率分集，系統(tǒng)可 在3個(gè)頻段不停的跳轉(zhuǎn)。表 2顯示了 3個(gè)頻段的時(shí)頻碼，例如，第一個(gè)piconet的時(shí)頻碼為

25、123123,意即第一個(gè)符號(hào)在頻段1發(fā)送，第二個(gè)符號(hào)在頻段2發(fā)送，第三個(gè)符號(hào)在頻段3發(fā)送，第四個(gè)符號(hào)在頻段 1發(fā)送，以此類推。另外，同一個(gè)符號(hào)還可以在不同的頻段重 復(fù)發(fā)送，以避免受到窄帶干擾的影響。一個(gè)符號(hào)重復(fù)發(fā)送的次數(shù)稱為擴(kuò)頻系數(shù)（spreadingrate）,如表1所示，多頻帶 OFDM系統(tǒng)支持1、2、4三種擴(kuò)頻系數(shù)。當(dāng)然，擴(kuò)頻系數(shù)越大， 得到的數(shù)據(jù)率就越小。表2、多頻帶OFDM使用的ChannelNumberPreamble PatternMode 1 DEV:軍band Length 6 TFC11123123221321323311223344113322另外，時(shí)頻碼也可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)多

26、址， 如表2所示，3個(gè)頻段的時(shí)頻碼可支持 4個(gè)piconet 共存，如果同時(shí)使用圖 3中的5個(gè)頻段組，系統(tǒng)最多可支持18個(gè)piconet。然而，我們也注意到，現(xiàn)有多頻帶 OFDM時(shí)頻碼使用的頻段數(shù)量很少，因而跳頻增益也很小。如表 2所示 的3頻段配谿，任意兩個(gè)piconet都有1/3的符號(hào)在同一頻段發(fā)送， 這意味著任意一個(gè) piconet 都至少有1/3的符號(hào)受到其他 piconet的干擾，同時(shí)使用的piconet數(shù)量也多，piconet間的干 擾也越大?？梢?jiàn)，時(shí)頻碼的多址能力是很有限的，當(dāng)多個(gè) piconet同時(shí)使用時(shí)，每個(gè) piconet 的系統(tǒng)容量將顯著降低。多頻帶 OFDM的設(shè)計(jì)者們顯

27、然是假設(shè)：在大多數(shù)時(shí)候在近距離內(nèi) 只有一個(gè)piconet存在，可能構(gòu)成干擾的 piconet與這個(gè)piconet的距離都較遠(yuǎn)。3.2 DS-CDMA術(shù)介紹在2003年7月IEEE 802.15.3a會(huì)議上被選的另一種技術(shù)是直接序列CDMA （DS-CDMA ）技術(shù)。CDMA技術(shù)廣泛應(yīng)用于 2G和3G移動(dòng)通信系統(tǒng)，在UWB系統(tǒng)中使用的CDMA技術(shù) 與在傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中使用的CDMA技術(shù)沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，只是使用了很高的碼片速率，以獲得符合UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的超寬帶寬。在2004年9月北京召開(kāi)的無(wú)線技術(shù)大會(huì)上， 飛思卡爾（freescale）半導(dǎo)體公司（原Motorola 半導(dǎo)體部）聲稱，已向市場(chǎng)推出基于

28、 DS-UWB技術(shù)和802.15.3 MAC層協(xié)議的套片（包括從 射頻、基帶到 MAC層的芯片）。頻譜劃分與MB-OFDM 方案相同，DS-UWB方案也使用FCC分配的3.1-10.6GHz免許可頻段。 該方案將所有頻帶分為兩個(gè)頻段：3.1-4.85GHZ頻段（稱為低頻段）和 6.2-9.7GHZ頻段（稱為高頻段)，如圖5所示。圖5、DS-UWB的頻譜分配方案在每個(gè)頻段中，DS-CDMA系統(tǒng)將基帶信號(hào)擴(kuò)頻到整個(gè)帶寬。這種頻率劃分方案避開(kāi)了5-6GHZ無(wú)線接入頻段，但靈活性較差，可能無(wú)法規(guī)避將來(lái)出現(xiàn)的新技術(shù)使用的頻段。但 DS-UWB 信號(hào)占用的帶寬(如低頻段為 1.75GHz)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 MB-

29、OFDM 信號(hào)的帶寬(528MHz ),所以更容易達(dá)到很低的功率譜密度。DS-CDMADS-UWB使用的CDMA技術(shù)與現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于 2G和3G蜂窩系統(tǒng)地 CDMA技術(shù)基本 相同，只是采用很高的碼片速率 (chip rate)以獲得超寬的帶寬。低頻段碼片速率大于 1.3GHz, 高頻段碼片速率大于 2.6GHz,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 UMTS系統(tǒng)的3.84MHz。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn) 25Mbps到 1.3Gbps數(shù)據(jù)率。DS-UWB 系統(tǒng)使用 BPSK 和 4BOK (quaternary bi-orthogonal keying )調(diào)制，這兩種調(diào)制 技術(shù)都具有很低的復(fù)雜度，4BOK調(diào)制可提供兩倍于 BPSK調(diào)制

30、的速率，但只略微增加復(fù)雜 度。使用1/2和3/4碼率的卷積碼作為糾錯(cuò)碼，擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度從1到24不等。通過(guò)采用各種不同的調(diào)制方法、糾錯(cuò)碼碼率、何擴(kuò)頻增益(擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度)，可以實(shí)現(xiàn)各種不同的數(shù)據(jù)率，如表3表6所不。表3、在低頻段采用 BPSK可實(shí)現(xiàn)的各種物理層配谿Data RateFEC RateCode LengthBits per SymbolSymbol Rate28 Mbps?L=241Fchip/2455 Mbps?L=121Fchip/12110 Mbps?L=61Fchip/6220 Mbps?L=31Fchip/3500 Mbps?L=21Fchip/2660 Mbps1L=21Fch

31、ip/21000 Mbps?L=11Fchip1320 Mbps1L=11F chip表4、在低頻段采用 4-BOK可實(shí)現(xiàn)的各種物理層配谿Data RateFEC RateCode LengthBits per SymbolSymbol Rate110 Mbps?L=122Fchip/12220 Mbps?L=62Fchip/6500 Mbps?L=42Fchip/4660 Mbps1L=42Fchip/41000 Mbps?L=22F chip/21320 Mbps1L=22Fchip/2表5、在高頻段采用 BPSK可實(shí)現(xiàn)的各種物理層配谿Data RateFEC RateCode Lengt

32、hBits per SymbolSymbol Rate55 Mbps?L=241Fchip/24110 Mbps?L=121Fchip/12220 Mbps?L=61Fchip/6500 Mbps?L=41Fchip/4660 Mbps1L=41Fchip/41000 Mbps?L=21Fchip/21320 Mbps1L=21Fchip/2表6、在高頻段采用 4-BOK可實(shí)現(xiàn)的各種物理層配谿Data RateFEC RateCode LengthBits per SymbolSymbol Rate220 Mbps?L=122Fchip/12660 Mbps?L=62Fchip/61000 M

33、bps?L=42Fchip/41320 Mbps1L=42Fchip/4與MB-OFDM 技術(shù)不同，DS-CDMA 技術(shù)本身具有較強(qiáng)的多址能力。系統(tǒng)在低頻段和 高頻段各支持 6個(gè)微微網(wǎng)，其中 DS-UWB設(shè)備必須支持低頻段的微微網(wǎng)14,低頻段的微微網(wǎng)56和高頻段的微微網(wǎng) 712是可選配谿。DS-UWB系統(tǒng)除了使用在傳統(tǒng) CDMA系統(tǒng)使用的碼分多址的方法區(qū)分不同的微微網(wǎng)之 外，還使用不同的中心頻率和碼片速率來(lái)增強(qiáng)多址能力。DS-UWB系統(tǒng)使用6組擴(kuò)頻碼，每組包括一個(gè)24位碼和一個(gè)12位碼。系統(tǒng)可以使用 1、2、3、4、6、12、24七種長(zhǎng)度的擴(kuò) 頻碼，其中擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度為1或3時(shí)，每個(gè)微微網(wǎng)只能使用

34、一個(gè)擴(kuò)頻碼，使用其他長(zhǎng)度的擴(kuò)頻碼時(shí)，每個(gè)微微網(wǎng)可使用兩個(gè)擴(kuò)頻碼。在使用BPSK調(diào)制時(shí)，系統(tǒng)只使用一個(gè)擴(kuò)頻碼組中的24位碼，在使用4BOK調(diào)制時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)使用一個(gè)擴(kuò)頻碼組中的兩個(gè)碼。12個(gè)微微網(wǎng)工作于不同的中心頻率，中心頻率不同，相應(yīng)的碼片速率也不同，中心頻 率和碼片速率之比總是 3。12個(gè)微微網(wǎng)使用的中心頻率、碼片速率和擴(kuò)頻碼見(jiàn)表7。不同的碼片速率有助于接收機(jī)解除不同微微網(wǎng)信號(hào)之間的相關(guān)性，從而有助于區(qū)分不同的微微網(wǎng)。表7、各微微網(wǎng)使用的中心頻率、碼片速率和擴(kuò)頻碼組Piconet ChannelChip RateCenter FrequencySpreading Code Set11313 M

35、Hz3939 MHz121326 MHz3978 MHz231339 MHz4017 MHz341352 MHz4056 MHz451300 MHz3900 MHz561365 MHz4094 MHz672626 MHz7878 MHz182652 MHz7956 MHz292678 MHz8034 MHz3102704 MHz8112 MHz4112600 MHz7800 MHz5122730 MHz8190 MHz6共同信令模式由于兩種UWB技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程中相持不下，DS-UWB的推動(dòng)者M(jìn)otorola和Freescale公司主張推廣一種稱為共同信令模式（common signaling

36、 mode , CSM ）的技術(shù)。這種技術(shù)可以允許多種不同的UWB物理層技術(shù)被同時(shí)使用，共享 UWB頻譜。由于DS-CDMA和MD-OFDM 技術(shù)有很大的區(qū)別，一般來(lái)講很難同時(shí)使用這兩種技術(shù)，CSM技術(shù)可以使分別應(yīng)用這兩種技術(shù)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)互操作，并避免干擾。在共同信令模式中，具有不同UWB物理層的設(shè)備可以用時(shí)分多址（ TDMA ）的方式共享UWB帶寬，但微微網(wǎng)協(xié)調(diào)器（piconet coordinator,可由任意設(shè)備充當(dāng)）發(fā)出的控制信息 需要被所有UWB設(shè)備接收。要做到這一點(diǎn)，要統(tǒng)一控制信號(hào)的調(diào)制技術(shù)和頻譜分配方案。共同信令模式統(tǒng)一采用DS-CDMA的調(diào)制技術(shù)，但采納 MB-OFDM的頻譜分配

37、方案，它采用與MB-OFDM 三頻段配谿的中間頻段基本吻合的頻帶（如圖6所示），這樣MB-OFDM 設(shè)備很容易接收這個(gè)信號(hào)。而DS-UWB設(shè)備可以通過(guò)調(diào)整碼片速率的方法適應(yīng)這個(gè)頻段，由于CSM頻段只有DS-UWB頻段的1/3,所以CSM信號(hào)的碼片速率為中心頻率的1/9 （正常DS-UWB為1/3）。這樣MB-OFDM 設(shè)備和DS-UWB設(shè)備都可以接收和解調(diào)用共同信令模式 形成的控制信號(hào)，隨后這兩種設(shè)備就可以根據(jù)控制信號(hào)中包含的時(shí)隙分配信息進(jìn)行DS-UWB或MB-OFDM信號(hào)的通信。遺憾的是，MB-OFDM技術(shù)的代表MBOA斷然拒絕采用共同信令模式，使這項(xiàng)技術(shù)被 擱谿。從生產(chǎn)成本的角度考慮， 采

38、用CSM技術(shù)必然提高UWB設(shè)備的費(fèi)用，所以MBOA堅(jiān) 持用一種技術(shù)統(tǒng)一 UWB標(biāo)準(zhǔn)的想法也是可以理解的。圖6、共同信令模式使用的頻段4. UWB系統(tǒng)的MAC層發(fā)展現(xiàn)狀UWB網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線個(gè)人網(wǎng)(WPAN),根據(jù)IEEE 802.15的定義，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)自組網(wǎng) (Ad Hoc Network )?，F(xiàn)有的 UWB設(shè)備使用IEEE 802.15.3 MAC 層，這種 MAC層協(xié)議是從 802.11 WLAN的MAC層協(xié)議發(fā)展來(lái)的，所以在自組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上， 還帶有星型網(wǎng)的痕跡。如圖7所示，802.15.3網(wǎng)絡(luò)以piconet為基本單元，其中的主設(shè)備被稱為piconet協(xié)調(diào)者(PNC)。PNC負(fù)責(zé)提供同

39、步時(shí)鐘、 QoS控制、省電模式和接入控制。作為一個(gè) Ad Hoc網(wǎng) 絡(luò)，piconet只有在需要通信時(shí)才存在，通信結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)也隨之消失。網(wǎng)內(nèi)的其他設(shè)備為從 設(shè)備。WPAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換在 WPAN設(shè)備之間直接進(jìn)行，但網(wǎng)絡(luò)的控制信息由 PNC發(fā)出。圖 7、IEEE 802.15.3 WPAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)802.15.3 WPAN的超幀結(jié)構(gòu)如圖8所示，一個(gè)超級(jí)幀包含如下三部分：信標(biāo)(beacon)：包含時(shí)鐘分配與通信管理信息。競(jìng)爭(zhēng)接入段(CAP):用于交換命令和異步數(shù)據(jù)。信道時(shí)間分配段(CTAP):包含若干信道時(shí)間分配單元( CTA),其中有些是管理 CTA ( MCTA )。Superframe

40、4m-1Superframe #rnSuperframe #m+1Beacon#mContention access periodChannel time allocation periodMCTA1MCTA 2CTA 1CTA 2 CTA n-1CTA n圖8、IEEE 802.15.3的超幀結(jié)構(gòu)一個(gè)piconet從PNC開(kāi)始發(fā)射信標(biāo)（beacon）開(kāi)始形成，信標(biāo)攜帶關(guān)于此piconet信息。即使沒(méi)有從設(shè)備存在，一個(gè)發(fā)射beacon的PNC自己也可以看作一個(gè) piconet。當(dāng)piconet開(kāi)始建立的時(shí)候，PNC首先查找到一個(gè)可用的信道，然后就發(fā)出beacon來(lái)確定這是一個(gè)空的信道，而后在這

41、個(gè)信道中建立起piconet。在一個(gè)piconet建立后，仍然可以通過(guò)切換過(guò)程改變PNC。但是802.15.3不支持將兩個(gè) piconet融合成一個(gè)的功能。PNC通過(guò)發(fā)送beacon對(duì)空中資源進(jìn)行分配，beacon載有網(wǎng)絡(luò)的控制參數(shù)（網(wǎng)絡(luò)同步、最大傳輸功率等）、信道時(shí)隙分配、超幀中傳輸?shù)尼槍?duì)每一個(gè)業(yè)務(wù)流的指示信息等。CAP階段使用防碰撞載波檢測(cè)多址 （CSMA/CA ）接入的MAC機(jī)制，在CTAP可以使用基本的TDMA 方式分配給各個(gè)設(shè)備，MCTA可以采取TDMA方式分配或由各設(shè)備共享（基于 ALOHA協(xié)議）。802.15.3 MAC層由于從802.11 MAC層演變而來(lái)，雖然數(shù)據(jù)在UWB設(shè)備

42、之間直接傳送， 但需要中心控制。這種星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)適用于以PC （處理能力強(qiáng)、存儲(chǔ)空間大）為中心的WPAN，但對(duì)消費(fèi)電子（CE）設(shè)備和通信設(shè)備支持差。后兩種應(yīng)用需要更簡(jiǎn)單的、支持移 動(dòng)性的連接方式。因此，新的UWB MAC 層協(xié)議也正在制定當(dāng)中。 一方面，802.15工作組計(jì)劃在 802.15.3b 開(kāi)展新的MAC層的研究，但目前此工作組的工作陷于停滯。另一方面，MB-OFDM的推動(dòng)者M(jìn)BOA也在制定自己的 MAC層協(xié)議。為了更好的支持 CE和通信設(shè)備，MBOA協(xié)議在支持中心控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，也支持分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此MAC層將具有如下特點(diǎn)：任何設(shè)備都可以創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)功控，減小干擾接入和數(shù)據(jù)傳

43、送協(xié)議簡(jiǎn)單快速建鏈/斷鏈（1秒）安裝簡(jiǎn)單（零設(shè)輅）支持網(wǎng)絡(luò)的融合和分裂支持跨網(wǎng)移動(dòng)支持網(wǎng)絡(luò)間的相互協(xié)調(diào)更省電支持同步和異步業(yè)務(wù)支持Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MBOA UWB網(wǎng)絡(luò)如圖9所示。該網(wǎng)絡(luò)以 Beacon Group （BG）為單位，所有UWB設(shè)備 的超幀幀長(zhǎng)統(tǒng)一，但各BG的幀結(jié)構(gòu)不同。設(shè)備使用同一幀結(jié)構(gòu)則合為一個(gè)BG,幀結(jié)構(gòu)變?yōu)椴煌瑒tBG分裂。設(shè)備改變幀Z構(gòu)則可從一個(gè)BG漫游到另一個(gè) BG,設(shè)備也可以同時(shí)跟蹤兩種幀結(jié)構(gòu)，從而成為兩個(gè)BG共有的成員。該設(shè)備可以在兩個(gè)中繼站之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由此構(gòu)成。圖9、MBOA MAC 層支持的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MBOA的MAC定義的超幀Z勾如圖10所示

44、。每個(gè)設(shè)備都發(fā)射信標(biāo)（休眠設(shè)備除外）：信標(biāo)周期可變，已容納不同數(shù)量的設(shè)備。設(shè)備先搜索其他設(shè)備的信標(biāo)，如未找到則創(chuàng)建新的 BP ,如找到則加入信標(biāo)并始終使用同一slot。設(shè)備通過(guò)在信標(biāo)中宣布不同等級(jí)的reservation來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的QoS。異步數(shù)據(jù)采用有優(yōu)先級(jí)的競(jìng)爭(zhēng)接入機(jī)制。BeaconpSim 口yrtaEjc B0accmiug P/rktd Length*Resv SeaEonSuperframeExpansion TimeLOMUJ6 口 500S Q-3aE S3QL lia-lEo mJ2Egl dHm106-70geJnIndoor Limit-Part 16 Limit-75l

45、_J 161 .s,.10“io1Frequency In GHz圖12、FCC對(duì)UWB系統(tǒng)的發(fā)射功率限制傳統(tǒng)的無(wú)線通信發(fā)射功率測(cè)試方法是假設(shè)系統(tǒng)始終處于發(fā)射狀態(tài)，這對(duì)MB-OFDM很不利。因?yàn)?MB-OFDM是間斷性發(fā)射，而瞬間峰值發(fā)射功率較大。所以 MB-OFDM廠商認(rèn) 為傳統(tǒng)方法對(duì) MB-OFDM設(shè)備不公平。在其努力下，2005年3日，F(xiàn)CC做出豁免的決定，允許對(duì)UWB設(shè)備采取測(cè)量平均功率的測(cè)試方法。使用這種新方法，MB-OFDM也能達(dá)到FCC的UWB發(fā)射限制標(biāo)準(zhǔn)。但同時(shí)，DS-UWB廠商聲稱，新的測(cè)試方法對(duì)他們的幫助更大。在滿足FCC要求的情況下，DS-UWB設(shè)備可以發(fā)射更高的功率，從

46、而增加覆蓋范圍和 系統(tǒng)性能。ETSI的UW顏?zhàn)V規(guī)劃除FCC之外，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）也提出了自己的 UWB發(fā)射功率控制標(biāo)準(zhǔn)。其室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)如圖13所示，室外標(biāo)準(zhǔn)如圖14所示。我們可以發(fā)現(xiàn)，ETSI在3.1-10.6GHZ頻段與FCC建議的標(biāo)準(zhǔn)相同，但是在此頻段以外對(duì)發(fā)射功率的限制比FCC標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格。另外，日本、新加坡等國(guó)也正在對(duì)FCC標(biāo)準(zhǔn)作局部的修改，以形成本國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)。If -u g-slw d 山ElCD變 n 一ETSI IndoDr LlrnA FCC Indoor Lbmit Pari: 15 Limit圖13、ETSI的UWB發(fā)射功率限制（室內(nèi)）-EO-70ETSI Porta

47、ble Limit FCC Outdoor LlnnHt Part 1 LimitFrequeney in GHz圖14、ETSI的UWB發(fā)射功率限制（室外）需要指出的是，至今沒(méi)有任何頻譜管理機(jī)構(gòu)宣布將采用ETSI的這種漸變形頻譜限制方案，因此在近期召開(kāi)的ITU SG1 TG1/8會(huì)議上，一致同意不再考慮這種頻譜限制方案。ITU的UW曲磁兼容性研究由于UWB系統(tǒng)的電磁兼容性關(guān)系到此項(xiàng)技術(shù)是否能在全球得到廣泛應(yīng)用，有很多機(jī)構(gòu)都投入很大精力進(jìn)行這方面的研究。國(guó)際電信聯(lián)盟無(wú)線通信分部（ITU-R ）在第一研究組SG1（頻譜規(guī)劃研究組） 中成立了 1/8任務(wù)組（Task Group 1/8）,命名為“

48、UWB設(shè)備和無(wú)線通信 業(yè)務(wù)之間的兼容性”。該任務(wù)組內(nèi)又分成四個(gè)工作組：第1組：UWB特性負(fù)責(zé)定義UWB術(shù)語(yǔ)，確定現(xiàn)有ITU術(shù)語(yǔ)對(duì)UWB是否適用（UWB帶寬、帶外發(fā)射、雜散 發(fā)射、非希望發(fā)射等），由于 UWB技術(shù)的工作帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出所有的現(xiàn)有無(wú)線通信技術(shù)，當(dāng) 前廣泛使用的通信術(shù)語(yǔ)的概念和內(nèi)涵還是否適用于UWB技術(shù)，尚有待于研究。另外該工作組也研究各種UWB技術(shù)的操作特性（包括成像雷達(dá)、車載雷達(dá)、探地雷達(dá)（23-26GHz）、定位和通信系統(tǒng)），包括 UWB發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的技術(shù)特性第2組：UWB兼容性負(fù)責(zé)研究UWB系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有電磁環(huán)境的影響（包括單個(gè)UWB設(shè)備的影響和所有設(shè)備的總影響（噪聲的積累）。對(duì)于

49、多UWB設(shè)備的干擾測(cè)量，現(xiàn)在經(jīng)常使用UWB設(shè)備在單位體積內(nèi)的密度來(lái)描述 UWB設(shè)備的數(shù)量。圖15顯示了在一個(gè)10層的多層建筑的仿真模型（該測(cè)試假設(shè)UWB設(shè)備的密度是1個(gè)UWB設(shè)備/50m3）,而后仿真這個(gè) UWB設(shè)備區(qū)對(duì)某個(gè)無(wú) 線通信系統(tǒng)的干擾?？?PATHPP TerrninaJ station圖15、多UWB設(shè)備的干擾仿真模型該工作組認(rèn)為可能受影響的系統(tǒng)包括移動(dòng)通信、無(wú)線接入、衛(wèi)星、GPS、航空航天、海事，電視DVB-T , 24GHz固定點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信等。應(yīng)通過(guò)分析UWB設(shè)備的特性和信道模型、 參數(shù)，確定采用何種保護(hù)策略。另外非UWB系統(tǒng)對(duì)UWB系統(tǒng)將產(chǎn)生何種影響，也是一個(gè)重要的問(wèn)題。第3組

50、：頻譜管理框架該工作組希望為頻譜管理部門提供一個(gè)頻譜管理框架，以確保UWB系統(tǒng)不妨礙其他通信系統(tǒng)的使用。解決是否應(yīng)該將UWB系統(tǒng)的使用限制在某個(gè)特定頻段、是否應(yīng)對(duì)不同的UWB技術(shù)使用相同的限制、原無(wú)線通信規(guī)范中的定義是否適用于UWB等問(wèn)題。第4組：測(cè)量方法UWB設(shè)備的發(fā)射對(duì)其他無(wú)線通信系統(tǒng)的影該工作組負(fù)責(zé)向行政管理部門就如何測(cè)量 響提出建議。TG 1/8工作組正在就UWB的兼容性和頻譜規(guī)劃方案展開(kāi)激烈的討論。有提案建議對(duì)UWB的發(fā)射采取很嚴(yán)格的控制，比FCC的標(biāo)準(zhǔn)低約30dB,該提案將使UWB技術(shù)幾乎無(wú)法使用。由于這個(gè)報(bào)告基本沿用傳統(tǒng)無(wú)線通信技術(shù)的研究方法，所以某些方面可能不能反映UWB技術(shù)的

51、實(shí)際特性。例如圖 15所示的仿真模型就沒(méi)有考慮建筑結(jié)構(gòu)對(duì)UWB發(fā)射的衰減（實(shí)際上，這一衰減相當(dāng)大），同時(shí)假設(shè)所有的 UWB始終處于工作狀態(tài)，這與 UWB設(shè) 備的實(shí)際使用模式不同。因此UWB的推動(dòng)者們希望ITU在進(jìn)行UWB兼容性研究時(shí)能考慮如下因素：UWB設(shè)備的激活率UWB設(shè)備的使用率真實(shí)的路損模型5.4 中國(guó)對(duì)UW曲磁兼容性研究我國(guó)的UWB系統(tǒng)發(fā)射頻譜限制模板應(yīng)能夠與我國(guó)現(xiàn)存的無(wú)線電系統(tǒng)和業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)電磁 兼容，不產(chǎn)生相互干擾。在這個(gè)基礎(chǔ)上，應(yīng)盡可能與世界各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)一致。在2004年9月的中國(guó)UWB論壇上，中國(guó)國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心公布了一些對(duì)UWB技術(shù)電磁兼容性的仿真研究結(jié)果。該仿真考慮GSM、TD

52、-SCDMA 和PHS設(shè)備、下行鏈路，測(cè)試地點(diǎn)在基站覆蓋范圍邊緣，UWB設(shè)備和移動(dòng)終端距離 10m以內(nèi)。仿真結(jié)果表明，與 FCC標(biāo)準(zhǔn)相比，ETSI標(biāo)準(zhǔn)對(duì)UWB設(shè)備干擾有更好的限制效果。其 中，對(duì)PHS系統(tǒng)和GSM900系統(tǒng)，兩套標(biāo)準(zhǔn)都可以接受。但對(duì) GSM1800系統(tǒng)，只有 ETSI 標(biāo)準(zhǔn)和FCC室外標(biāo)準(zhǔn)可以接受，而FCC室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的干擾過(guò)大。另外，對(duì)TD-SCDMA系統(tǒng)， FCC標(biāo)準(zhǔn)在多UWB設(shè)備共存時(shí)產(chǎn)生的干擾較大。更準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果顯然應(yīng)該通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試才能得到。.超寬帶通信技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用UWB技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程近幾年來(lái)，UWB技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化主要在 IEEE 802.15框架內(nèi)進(jìn)行。I

53、EEE 802.15致力于無(wú) 線個(gè)人網(wǎng)（WPAN）的標(biāo)準(zhǔn)化。WPAN系統(tǒng)主要用于個(gè)人設(shè)備之間的互聯(lián)，他的覆蓋范圍一 般在10m以內(nèi)，而且應(yīng)該具有廉價(jià)、低能耗的特點(diǎn)。在802.15協(xié)議中，802.15.1的主體部分都來(lái)自于藍(lán)牙協(xié)議，只在局部作了一些修改和補(bǔ)充。802.15.2討論WPAN和非授權(quán)頻段其他無(wú)線設(shè)備的共存問(wèn)題。802.15.3稱為“WPAN高速物理層技術(shù)的其他選擇”，旨在進(jìn)一步提高 WPAN的速率，其中的802.15.3a專門考慮采 用UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。802.15.4稱為“ WPAN低速物理層技術(shù)的其他選擇”，旨在提 供高精度測(cè)距（ranging）和定位（location）服

54、務(wù)（精度1米以內(nèi)），以及實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的作用距 離和超低耗電量。在這個(gè)協(xié)議中，脈沖無(wú)線電UWB技術(shù)也是被選方案之一。另外，也有工作組正在對(duì)網(wǎng)格（Mesh）網(wǎng)絡(luò)和毫米波技術(shù)展開(kāi)研究。2003年7月，在美國(guó)舊金山市召開(kāi)的IEEE802.15.3a會(huì)議上，各方提出了多種UWB被選方案，但隨著會(huì)議的進(jìn)行，有些方案遭到淘汰，其他方案逐漸融合成兩個(gè)方案：即由美國(guó) 德州儀器和英特爾等公司為首的多頻帶OFDM 聯(lián)盟（MBOA ）提出的多頻帶OFDM（MB-OFDM ）方案和以美國(guó) XtremeSpectrum （后被 Motorola公司收購(gòu)）為主的 XSI聯(lián)盟 所提出的直接序列擴(kuò)頻（DS-CDMA ）方案。在隨后

55、的一年多時(shí)間里，兩套標(biāo)準(zhǔn)在802.15.3a內(nèi)一直僵持不下，雖然經(jīng)過(guò)多次投票表決，始終無(wú)法淘汰其中一種標(biāo)準(zhǔn)，以取得統(tǒng)一。同時(shí)， MBOA和飛思卡爾半導(dǎo)體（Freescale Inc.,原Motorola半導(dǎo)體部門，在 Motorola并購(gòu)XtremeSpectrum后負(fù)責(zé)DS-UWB技術(shù)的開(kāi) 發(fā)）并沒(méi)有因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)懸而不決而放慢產(chǎn)業(yè)化的步伐，雙方UWB芯片和設(shè)備的研發(fā)都在緊鑼密鼓地進(jìn)行。在這個(gè)過(guò)程中，由于 Intel公司與各大計(jì)算機(jī)和消費(fèi)電子公司傳統(tǒng)上的良好關(guān) 系，MB-OFDM 標(biāo)準(zhǔn)得到了這些公司的廣?支持。相對(duì)而言，DS-UWB技術(shù)則顯得有點(diǎn)曲高和寡?，F(xiàn)在 MBOA的成員包括Intel、TI、

56、三星、松下、諾基亞、Philips、三菱電機(jī)、松下電器等，EPSON、富士通、惠普、微軟、 TDK、東芝、日立等著名公司，而 DS-UWB的 陣營(yíng)中除Motorola和Freescale外罕有重量級(jí)的企業(yè)。最近，DS-UWB聯(lián)盟在明顯處于劣勢(shì)的情況下，在802.15.3a工作組中提出了 “共同信令模式 （CSM）方案，在這種模式下，兩種 UWB物理層技術(shù)可以共存。但是 Intel顯然認(rèn)為自己在這場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)中已經(jīng)勝券在握，斷然拒絕了DS-UWB陣營(yíng)的提議，他們認(rèn)為技術(shù)的折衷是不可接受的，未來(lái)的UWB技術(shù)應(yīng)該采用單一的方案，那就是 MB-OFDM 。 MBOA的這種態(tài)度使 802.15.3a標(biāo)準(zhǔn)的

57、制定繼續(xù)陷于僵局。顯而易見(jiàn)，兩大陣營(yíng)都不再抱短期內(nèi)統(tǒng) 一 802.15.3a的幻想，而是加速開(kāi)發(fā)芯片和產(chǎn)品，試圖將自己的標(biāo)準(zhǔn)做成“事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)” 。在2004年9月在北京舉辦的無(wú)線技術(shù)大會(huì)上，飛思卡爾半導(dǎo)體展示了由3顆芯片組成的XS110 DS-UWB芯片組，這種芯片已批量上市，支持 802.15.3 MAC層，數(shù)據(jù)速率為 29、57、 86和114 Mbps,并聲稱已獲得了 FCC認(rèn)證?，F(xiàn)在飛思卡爾半導(dǎo)體已經(jīng)用這一芯片組實(shí)現(xiàn)了 IEEE 1394和PCI應(yīng)用模塊，無(wú)線USB模塊將于2005年上半年推出（如圖16所示）。Size圖16、DS-UWB技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程MBOA在MB-OFDM 技術(shù)的產(chǎn)

58、業(yè)化方面略微落后于 DS-UWB （如圖17所示），他們的 目標(biāo)是在2004年底實(shí)現(xiàn)基于USB 1.0的應(yīng)用，在2005年上半年推出 PCI標(biāo)準(zhǔn)的模塊，同時(shí) 也在積極和1394聯(lián)盟合作，實(shí)現(xiàn) 無(wú)線1394 PAL規(guī)格的應(yīng)用。proMypeB5用卬1 VflndkxsInterpperafcility Testing3QTQIM1004JQObPtlUJKtii1Mbps這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)近期已開(kāi)始接收提案，原本收到24個(gè)獨(dú)立的提案，其中包括一份由中國(guó) UWB論壇和一家外國(guó)公司共同提交的方案。后經(jīng)過(guò)融合，在 3月Atlanta IEEE 802全會(huì)召開(kāi)時(shí)合 并為6個(gè)提案。在此次會(huì)議上，參與802.15.4

59、a標(biāo)準(zhǔn)化的代表們共同努力，最終將這6個(gè)提案融合成了一個(gè)提案。這次融合表現(xiàn)了TG4a工作組的成員希望 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)化盡快完成愿望，各個(gè)公司都在努力避免重蹈15.3a標(biāo)準(zhǔn)分裂的覆轍。但實(shí)際上，這個(gè)所謂的“單一提案”還只是一個(gè)最初的框架文件，各方代表只是達(dá)成了融合的意愿，并對(duì)這種技術(shù)的某些特征達(dá)成了一致，6種技術(shù)方案的融合、選擇才剛剛開(kāi)始。這個(gè)“單一提案”支持兩種物理層：UWB頻譜內(nèi)的UWB技術(shù)和2.4GHz頻段內(nèi)的擴(kuò)頻 技術(shù)(在802.15.4 ZigBee技術(shù)2.4GHz物理層基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái))。其中的UWB技術(shù)由6個(gè) 提案中的ABCD融合而成，最終 F提案接受了 ABCD融合提案。提案

60、 E為2.4GHz擴(kuò)頻方 案。UWB方案將支持通信和定位業(yè)務(wù)，但2.4GHz擴(kuò)頻方案不支持定位業(yè)務(wù)。ABCD提案最后會(huì)采用哪種或哪幾種技術(shù)，尚不得而知，但很可能允許幾種技術(shù)共存。 考慮到15.4a技術(shù)主要用于搭建傳感器網(wǎng)絡(luò)或定位，這樣的網(wǎng)絡(luò)通常會(huì)一次性建成，所以用 戶可以選擇標(biāo)準(zhǔn)中的某種技術(shù)，各種技術(shù)混合組網(wǎng)的可能性較小。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，“單一提案”中規(guī)定的統(tǒng)一信令可以保證多種技術(shù)的互操作性。到目前為止，就 UWB信令格式 達(dá)成了如下共識(shí)：調(diào)制技術(shù)應(yīng)兼容各種接收機(jī)發(fā)射機(jī)基于脈沖方式兼容相關(guān)接收機(jī)、半相關(guān)接收機(jī)和非相關(guān)接收機(jī)盡可能采用統(tǒng)一的操作方式采用三種調(diào)制方式具體調(diào)制技術(shù)尚待確定頻段的使用