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超宽带无线电UWB无线技术频谱管理及应用

2009-04-09
作者:陶洪波

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??? 現(xiàn)代意義上的超寬帶無線電UWB出現(xiàn)于20世紀60年代,其基本原理是由沖擊脈沖信號在頻域產(chǎn)
生寬帶信號而加以利用,但其應用一直限于軍事中雷達定位、測距等用途。隨著無線電技術的廣泛應用,目前世界各國的頻譜資源使用均已處于飽和狀態(tài),無線電頻譜資源作為不可再生資源,如何提高其頻譜利用率
就成為了當前需要考慮的問題。


超寬帶無線電(UWB)主要技術特征

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??? 超寬帶無線(UWB)具有隱蔽性好、處理增益高、多徑分辨能力強、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、穿透能力強、多功能一體化、低功耗、頻譜復用等主要特征。


??? 超寬帶無線電(UWB)基本定義:通常定義帶寬在500MHz以上或帶寬超過中心頻率的20%以上的信號稱為UWB信號?,F(xiàn)在被業(yè)界廣泛接受的一個UWB設備定義是:小數(shù)帶寬大于0.2或者發(fā)射信號帶寬至少是500MHz。


??? 小數(shù)帶寬(fractional bandwidth)的定義如下:

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其中,是-10dB發(fā)射點(高端);是-10dB發(fā)射點(低端);是中心頻率。


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國際上主要發(fā)達國家和地區(qū)及我國對UWB頻譜的規(guī)劃情況


美國FCC關于UWB設備發(fā)射功率的要求


??? FCC在Part 15 中關于UWB設備的規(guī)定分為室內(nèi)標準和室外標準兩種,如圖1所示。


??? FCC規(guī)定模板發(fā)射功率也是出于其頻譜規(guī)劃角度考慮:


??? (1)在3.1GHz~10.6GHz頻段上FCC對發(fā)射場強的功率限制為:測量帶寬1MHz時,距離3m處場強最大為500uV/m,即-41.3dBm。


??? (2) 頻段1.6GHz~3.1GHz頻段上存在IMT2000、PHS、WLAN等民用無線通信系統(tǒng),相應地對發(fā)射功率的限制更嚴格。

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??? (3)為了盡量減小與GPS使用的1.5GHz頻帶的干擾,與這一頻帶的放射噪音的規(guī)定值“FCC Part15”(-41.3dBm)相比,F(xiàn)cc將輸出功率限制得更加嚴格。


歐盟關于UWB設備發(fā)射功率的要求


??? 歐洲國家的研究、試驗主要是ITU的小組進行,標準由ETSI起草,ETSI標準制定的基本思路為根據(jù)不同的應用及頻率范圍制定不同的測試標準。ETSI于2004年針對不同的應用起草了相應的技術報告。關于UWB的ETSI測試規(guī)范最終于2008年上半年正式頒布并公布了相應的RTIE指令,對2.2GHz~8.5GHz的UWB應用的無線電頻譜發(fā)射特性進行了限制。如圖2.


??? 相比較美國FCC而言,ETSI標準對超寬帶應用的無線頻譜發(fā)射限值做了更為嚴格的要求,以防止其對其他現(xiàn)存的無線電業(yè)務造成干擾。

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我國制定UWB發(fā)射頻譜模板需要考慮的因素

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??? 我國的UWB無線電發(fā)射頻譜模板尚未制定完成,對于UWB系統(tǒng)的發(fā)射頻譜限制模板的確定取決于兩個方面:


??? (1)依據(jù)我國頻譜規(guī)劃的實際情況,考慮與我國現(xiàn)存無線電業(yè)務應用的電磁兼容,要論證相關頻帶內(nèi)與現(xiàn)有無線電業(yè)務的電磁兼容,不得對公眾通信如GSM、CDMA、IMT2000(含TD-SCDMA)、PHS(小靈通)、S-CDMA、WLAN、衛(wèi)星聲音廣播及航空無線電導航、射電天文等業(yè)務產(chǎn)生的有害干擾。

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??? (2)盡可能地與世界各國制訂的頻譜管理相應標準相一致,減少超寬帶無線電UWB在我國應用的技術成本、生產(chǎn)成本與管理成本。


??? 總的來說,超寬帶技術有獨特的優(yōu)點,其高速無線傳輸和精確定位能力是其他無線系統(tǒng)難以超越的。而對于其他無線通信系統(tǒng)的電磁干擾是可以通過一定的限制而避免的。

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UWB的應用前景


??? 如今隨著數(shù)字視頻技術的發(fā)展,家庭影院、數(shù)字化視頻光盤播放器、數(shù)字電視、寬帶因特網(wǎng)接入等電子產(chǎn)品的消費迅速增長,這帶來了對高吞吐量、可靠的短距離數(shù)據(jù)鏈路及無線電頻譜資源前所未有的需求。對消費類產(chǎn)品來說,可攜帶、經(jīng)濟以及省電是新一代產(chǎn)品的最重要的特性。正是由于超寬帶無線特性迎合此類需求,超寬帶無線通信是最有潛力解決所有上述問題的技術。UWB未來主要定位于家用類設備和終端間的無線連接,短距離寬帶傳輸,應用前景非常廣泛。

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