談UWB的過(guò)去,進(jìn)展和技術(shù)歸納

超寬頻技術(shù)的發(fā)展歷程

    超寬頻技術(shù)的發(fā)展模式類似Wi－Fi一樣，有一段很長(zhǎng)的時(shí)間被歸類為軍事技術(shù)，但如今極有可能擴(kuò)展至一般消費(fèi)性產(chǎn)品領(lǐng)域。根據(jù)最新的美國(guó)聯(lián)邦通訊委員會(huì)(FCC)的定義，超寬頻(UWB)系統(tǒng)的中心頻率大于2.5GHz，并具備至少500MHz的-10dB頻寬。頻率較低的UWB系統(tǒng)必須具備至少20%的頻寬比(fractional bandwidth)。這些特性讓UWB明顯異于傳統(tǒng)的無(wú)線電系統(tǒng)，以往的無(wú)線電系統(tǒng)的頻寬比不會(huì)超過(guò)1%或20MHz，例如像2.4 GHz的IEEE 802.11無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)。

    UWB的歷史可回溯至60年代，當(dāng)時(shí)發(fā)展的主軸為研究微波網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)時(shí)域脈沖所產(chǎn)生的瞬間行為。在Harmuth、Ross、以及Robbins等研發(fā)先鋒的努力下，UWB技術(shù)在70年代有重大的發(fā)展，其中大部份集中在雷達(dá)系統(tǒng)，包括穿地雷達(dá)系統(tǒng)。到80年代后期，該技術(shù)開(kāi)始被稱為無(wú)載波或脈沖無(wú)線電。美國(guó)國(guó)防部在1989年首次使用「超頻寬」這個(gè)名詞，在當(dāng)時(shí)UWB的理論與技術(shù)已經(jīng)發(fā)展將近30年之久。自從1994年開(kāi)始，美國(guó)大部份的UWB研發(fā)工作都是在沒(méi)有分類限制的狀況下進(jìn)行。這種情況大幅加快研發(fā)的速度，業(yè)界對(duì)其商業(yè)化發(fā)展的興趣亦大幅提高。

    其中有2項(xiàng)發(fā)展激發(fā)商業(yè)界對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的興趣，包括UWB系統(tǒng)可以與其它使用較高頻譜密度的通訊系統(tǒng)并存，而且不會(huì)對(duì)其它系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；另外FCC于2002年2月14日發(fā)布的02-48號(hào)報(bào)告與規(guī)范，定義各項(xiàng)并存規(guī)則，其中包括針對(duì)各種類型的UWB裝置制定電波發(fā)射限制。這套法律架構(gòu)針對(duì)各種專利型UWB裝置立即開(kāi)拓市場(chǎng)商機(jī)，長(zhǎng)期而言，市場(chǎng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型產(chǎn)品也有更強(qiáng)烈的興趣。

    由于UWB種類眾多，因此潛在的用途也相當(dāng)廣泛。其中包括無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)(WLAN)、個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)(PAN)、短距離雷達(dá)(例如汽車傳感器、防撞系統(tǒng)、智能型高速公路感測(cè)系統(tǒng)、液態(tài)物體水位偵測(cè)系統(tǒng))、穿地雷達(dá)、以及應(yīng)用在醫(yī)療監(jiān)視與運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練等領(lǐng)域的人體局域網(wǎng)絡(luò)。

    UWB的技術(shù)歸納

    由于FCC對(duì)UWB設(shè)定功率頻譜密度的限制，因此早期的發(fā)展主要集中在傳輸距離約10公尺的無(wú)線PAN，其數(shù)據(jù)傳輸速度為110Mbps至480Mbps。如此高速的傳輸能力可輕易讓客廳中的娛樂(lè)系統(tǒng)(例如DVD、衛(wèi)星/有線電視的視訊轉(zhuǎn)換器、電視屏幕、以及環(huán)繞立體聲音響)建立起多媒體傳輸?shù)墓艿馈?

    此外，我們可輕易預(yù)見(jiàn)到包括數(shù)字相機(jī)、掃描儀、打印機(jī)、攝錄像機(jī)、以及MP3播放器等裝置，未來(lái)將能與消費(fèi)性PC建立無(wú)線連接，讓配備有線型USB2.0或IEEE 1394接口的裝置擴(kuò)增其應(yīng)用價(jià)值，也許有一天會(huì)讓有線接入技術(shù)完全被淘汰。多個(gè)房間的應(yīng)用模式亦是可能發(fā)生的場(chǎng)景之一，未來(lái)可能會(huì)運(yùn)用多重轉(zhuǎn)接站的技術(shù)來(lái)克服10公尺的距離限制。

    UWB的調(diào)變范圍超過(guò)20%的頻寬比或500MHz，因此目前許多訊號(hào)產(chǎn)生機(jī)制就屬于UWB。包括直接序列展頻、極窄型脈沖(也稱為脈沖無(wú)線電)、正交分頻多任務(wù)(OFDM)。以上這些機(jī)制亦可以結(jié)合跳頻技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)大頻譜范圍，進(jìn)一步掌握訊號(hào)處理的需求。所有這些技術(shù)的衍生版本都是根據(jù)IEEE 802.15.3a的無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)絡(luò)實(shí)體層標(biāo)準(zhǔn)作為基礎(chǔ)。

    直接序列UWB

    產(chǎn)生UWB訊號(hào)的一種方式就是透過(guò)展頻訊號(hào)碼傳遞信息位，這種系統(tǒng)被視為CDMA(分碼多任務(wù)存取)的極端型式。802.15.3a其中一項(xiàng)提案就是使用長(zhǎng)度為24的三元碼(