《電子技術(shù)應(yīng)用》
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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(jì)60年代,其基本原理是由沖擊脈沖信號(hào)在頻域產(chǎn)
生寬帶信號(hào)而加以利用,但其應(yīng)用一直限于軍事中雷達(dá)定位、測(cè)距等用途。隨著無線電技術(shù)的廣泛應(yīng)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(dāng)前需要考慮的問題。


超寬帶無線電(UWB)主要技術(shù)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(qiáng)、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、穿透能力強(qiáng)、多功能一體化、低功耗、頻譜復(fù)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(hào)稱為UWB信號(hào)?,F(xiàn)在被業(yè)界廣泛接受的一個(gè)UWB設(shè)備定義是:小數(shù)帶寬大于0.2或者發(fā)射信號(hào)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(diǎn)(高端);是-10dB發(fā)射點(diǎn)(低端);是中心頻率。


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


美國FCC關(guān)于UWB設(shè)備發(fā)射功率的要求


??? FCC在Part 15 中關(guān)于UWB設(shè)備的規(guī)定分為室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和室外標(biāo)準(zhǔn)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(duì)發(fā)射場(chǎng)強(qiáng)的功率限制為:測(cè)量帶寬1MHz時(shí),距離3m處場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)地對(duì)發(fā)射功率的限制更嚴(yán)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(yán)格。


歐盟關(guān)于UWB設(shè)備發(fā)射功率的要求


??? 歐洲國家的研究、試驗(yàn)主要是ITU的小組進(jìn)行,標(biāo)準(zhǔn)由ETSI起草,ETSI標(biāo)準(zhǔn)制定的基本思路為根據(jù)不同的應(yīng)用及頻率范圍制定不同的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。ETSI于2004年針對(duì)不同的應(yīng)用起草了相應(yīng)的技術(shù)報(bào)告。關(guān)于UWB的ETSI測(cè)試規(guī)范最終于2008年上半年正式頒布并公布了相應(yīng)的RTIE指令,對(duì)2.2GHz~8.5GHz的UWB應(yīng)用的無線電頻譜發(fā)射特性進(jìn)行了限制。如圖2.


??? 相比較美國FCC而言,ETSI標(biāo)準(zhǔn)對(duì)超寬帶應(yīng)用的無線頻譜發(fā)射限值做了更為嚴(yán)格的要求,以防止其對(duì)其他現(xiàn)存的無線電業(yè)務(wù)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(duì)于UWB系統(tǒng)的發(fā)射頻譜限制模板的確定取決于兩個(gè)方面:


??? (1)依據(jù)我國頻譜規(guī)劃的實(shí)際情況,考慮與我國現(xiàn)存無線電業(yè)務(wù)應(yīng)用的電磁兼容,要論證相關(guān)頻帶內(nèi)與現(xiàn)有無線電業(yè)務(wù)的電磁兼容,不得對(duì)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(dǎo)航、射電天文等業(yè)務(wù)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(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相一致,減少超寬帶無線電UWB在我國應(yīng)用的技術(shù)成本、生產(chǎn)成本與管理成本。


??? 總的來說,超寬帶技術(shù)有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),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(duì)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(yīng)用前景


??? 如今隨著數(shù)字視頻技術(shù)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(fèi)迅速增長(zhǎng),這帶來了對(duì)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(duì)消費(fèi)類產(chǎn)品來說,可攜帶、經(jīng)濟(jì)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(shù)。UWB未來主要定位于家用類設(shè)備和終端間的無線連接,短距離寬帶傳輸,應(yīng)用前景非常廣泛。

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