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利用超寬帶打造完美的家庭網(wǎng)絡(luò)

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作者： 時(shí)間：2007-02-06 來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用 收藏

                利用超寬帶打造完美的家庭網(wǎng)絡(luò) 
                          彭 湃
     (飛思卡爾半導(dǎo)體中國(guó)有限公司 上海分公司,上海200001)
 
　　摘　要： 
　　關(guān)鍵詞： 

　　隨著各種各樣的無(wú)線終端和數(shù)碼設(shè)備等多媒體設(shè)備和應(yīng)用的增加,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)走入尋常百姓家。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,但現(xiàn)有的技術(shù)方案無(wú)法滿足該市場(chǎng)的特殊要求。家庭網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)仍在尋找適合自己的無(wú)線解決方案。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、芯片級(jí)實(shí)施成本及系統(tǒng)總體功耗之間進(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)。以全新方式設(shè)計(jì)出的超寬帶(UWB)無(wú)線通信系統(tǒng),對(duì)家庭市場(chǎng)的這一需求做出了響應(yīng)。
　　超寬帶系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的無(wú)線連接,如家庭媒體中心、機(jī)頂盒、電腦、各種播放器等與大屏幕高清電視的連接;超寬帶系統(tǒng)還非常適用于各種移動(dòng)設(shè)備和娛樂(lè)設(shè)備之間的連接,如手機(jī)和電腦等,所以業(yè)界普遍認(rèn)為它是未來(lái)短距離高速無(wú)線系統(tǒng)的最佳解決方案之一。
　　在這里,通過(guò)以下介紹DS-UWB和蜂窩移動(dòng)電話CDMA之間的差別,讓大家對(duì)超寬帶系統(tǒng)的技術(shù)及方案有一個(gè)系統(tǒng)的了解。
　　盡管術(shù)語(yǔ)CDMA被用來(lái)描述DS-UWB,但是DS-UWB和蜂窩移動(dòng)電話CDMA所用的核心技術(shù)實(shí)際上有很大區(qū)別。二個(gè)不同工程領(lǐng)域所要解決的問(wèn)題針對(duì)于完全不同的應(yīng)用模式。驅(qū)動(dòng)蜂窩移動(dòng)電話CDMA發(fā)展和實(shí)施的應(yīng)用模式是擁有成千上萬(wàn)個(gè)用戶同時(shí)工作的基站/客戶模式。該模式?jīng)]有對(duì)等連接,以低速率(kbps)運(yùn)行,覆蓋長(zhǎng)距離(數(shù)英里)。而驅(qū)動(dòng)DS-UWB發(fā)展和實(shí)施的應(yīng)用模式則恰好相反,即只有一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)用戶以對(duì)等方式連接,沒(méi)有基站,高速率運(yùn)行(100Mbps 至Gbps),覆蓋短距離(10米以內(nèi))。
　　這二個(gè)系統(tǒng)的相似之處并不像人們想象的那么多,他們?cè)诤芏喾矫娑疾煌?。一個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)另外一個(gè)系統(tǒng)來(lái)講并不是關(guān)鍵的。蜂窩移動(dòng)電話CDMA與DS-UMB之間的區(qū)別如表1所示。
　　蜂窩移動(dòng)電話CDMA中每個(gè)人(或每個(gè)單獨(dú)用戶)使用一個(gè)碼——他自己獨(dú)有的碼。碼分多址或CDMA指無(wú)線信道用碼來(lái)區(qū)分,因此多個(gè)用戶可以同時(shí)工作運(yùn)行,每個(gè)用戶可以用各自的碼進(jìn)行區(qū)分。相反,DS-UWB中用戶通過(guò)TDMA/TDD而不是CDMA來(lái)共享頻譜,不是每個(gè)用戶都有惟一的碼,而是微微網(wǎng)中所有的用戶共用同一個(gè)碼。
　　CDMA和DS-UWB之間的惟一共同點(diǎn)是都使用碼,但是使用這些碼的目的不同。DS-UWB中的碼主要用于低電壓運(yùn)行,發(fā)送24個(gè)小脈沖而不是一個(gè)大脈沖。體積小、雪崩電壓低的65nm的CMOS發(fā)射器仍能直接驅(qū)動(dòng)50ohm的傳輸線,獲得合情理的發(fā)射機(jī)輸出功率。從而可以建立一個(gè)低功耗、高性能、造價(jià)低的UWB無(wú)線系統(tǒng)。它省去了昂貴的功率放大器和有損耗的轉(zhuǎn)換器以及消耗的一些材料。
　　1～3GHz范圍的碼片速率易于實(shí)現(xiàn),但高電壓就不行。使用高碼片速率是由低造價(jià)、低功耗的市場(chǎng)需求所驅(qū)動(dòng)的,而并非因?yàn)樗菍?shí)現(xiàn)DS-UWB的惟一方式。
　　人們有時(shí)將CDMA的多用戶類(lèi)比為DS-UWB中的多微微網(wǎng),即多址術(shù)語(yǔ)相應(yīng)于DS-UWB中的多個(gè)交疊的微微網(wǎng)。這個(gè)類(lèi)比用于DS-UWB是因?yàn)椴煌⑽⒕W(wǎng)可以采用不同的碼。然而這種類(lèi)比不完全正確。事實(shí)上,碼分多址概念不必用于DS-UWB,因?yàn)榻化B的微微網(wǎng)實(shí)際上可以采用相同的碼——相鄰的微微網(wǎng)采用不同的碼片速率。其結(jié)果是一個(gè)微微網(wǎng)中的碼相對(duì)于另一個(gè)交疊微微網(wǎng)的碼不同步,于是二個(gè)用戶或二個(gè)微微網(wǎng)被碼的RMS互相關(guān)區(qū)分開(kāi)來(lái),這完全不同于二個(gè)不同的而又幾乎同步的CDMA碼之間的零互相關(guān)。與其稱(chēng)為CDMA,倒不如更準(zhǔn)確地將DS-UWB稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)速率區(qū)分多址(Spin-Rate Division Muliple Access,SRDMA)。DS-UWB不必采用不同的碼,因?yàn)榇藭r(shí)碼的正交性不像它在蜂窩移動(dòng)電話CDMA中那樣至關(guān)重要。采用不同碼字主要影響著峰值互相關(guān)和RMS互相關(guān)矩陣,就像它們?cè)贑DMA中那樣這些值并不為零。換句話說(shuō),即使有良好的正交性(即碼之間的互相關(guān)很小),而碼字太短,增益太低,以使得傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)電話類(lèi)型的CDMA多用戶工作運(yùn)行,其中不希望用戶的能量可能比希望用戶的能量強(qiáng)20dB。
　　DS-UWB中的碼字是用于協(xié)助同步的。較長(zhǎng)的碼提供較高的積分增益,從而以較高的信噪比產(chǎn)生同步。較長(zhǎng)的碼也能用于區(qū)分不同的微微網(wǎng),即易于跟希望的微微網(wǎng)同步。同步之后,數(shù)據(jù)速率便可以轉(zhuǎn)換到支持傳送凈荷的高速率。這種速率的改變是通過(guò)改變碼長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)的。在高速率的情況下,碼字太短就不能實(shí)現(xiàn)不同碼之間有效的隔離。在這種短碼的情況下,CDMA碼分多址是不可能實(shí)現(xiàn)的,但碼片速率的差異能夠提供RMS的隔離,則可以用于交疊的微微網(wǎng)。

表1 CDMA和DS-UWB的區(qū)別

    


    
 
蜂窩移動(dòng)電話CDMA
DS-UWB
    

    
拓?fù)?/TD>
所有的數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)基站;
    每個(gè)用戶有不同的CDMA碼    		
數(shù)據(jù)在微微網(wǎng)內(nèi)采用TDMA以對(duì)等的方式傳送;
    同一個(gè)微微網(wǎng)內(nèi)的所有用戶均使用相同的CDMA碼;
    相互獨(dú)立的微微網(wǎng)也可以采用不同的碼,但不是必須的
    

    
距離
遠(yuǎn)(離基站幾公里)
近(10米對(duì)等網(wǎng))
    

    
同時(shí)工作的用
    戶碼的數(shù)目    		
很大(成千上萬(wàn)用戶)
小(很少的幾個(gè)重疊微微網(wǎng))
    

    
數(shù)據(jù)速率
低(kbps)
極高(100Mbps 至Gbps)
    

    
編碼增益
高
低
    

    
碼同步
是(用戶與基站同步)
否(重疊微微網(wǎng)故意不同步)
    

    
碼
在基站保持同步的純正交
    沃爾什碼,以保持正交性    		
通過(guò)計(jì)算機(jī)搜索找到的偽正交M-BOK碼集;
    微微網(wǎng)間的碼集不同步
    

    
碼性能
隔離度(即正交性)由保持
    正交性的準(zhǔn)確度來(lái)控制    		
隔離度由“旋轉(zhuǎn)”(即不同步)的碼集和
    不同的M-BOK碼集之間的RMS互相關(guān)來(lái)控制
    

    
頻譜隨機(jī)性
覆蓋碼和數(shù)據(jù)白化器
    (沃爾什碼具有差的PSD)    		
M-BOK碼集低峰均比的PSD和數(shù)據(jù)白化器
    

    
功率控制目標(biāo)
使得來(lái)自每個(gè)用戶的信號(hào)
    以同樣的功率到達(dá)基站    		
使本地總的容量最大,以滿足每個(gè)對(duì)等鏈路的需要,使發(fā)射功率最小化
    

    
功率控制
對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行是關(guān)鍵的
非關(guān)鍵;
    在一個(gè)微小區(qū)的用戶使用TDMA,并不是同時(shí)發(fā)射
    

    

    Fo(中心頻率)
    Fc(碼片速率)
    帶寬    		
各自都是相互獨(dú)立的。
    
				
            
                
			
							
    
                
			              
              
            
		
		
    
		
    
		
    
		
    
			
      
				
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