利用超寬帶打造完美的家庭網絡
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利用超寬帶打造完美的家庭網絡
彭 湃
(飛思卡爾半導體中國有限公司 上海分公司,上海200001)
摘 要：
關鍵詞：
隨著各種各樣的無線終端和數碼設備等多媒體設備和應用的增加,數字高清電視、數字高清影碟機、數碼音響系統、數碼相機和數碼攝像機等都已經走入尋常百姓家。家庭市場對于這些多媒體設備間的高速無線互連的需求也更為迫切,但現有的技術方案無法滿足該市場的特殊要求。家庭網絡市場仍在尋找適合自己的無線解決方案。幾十年來,經典的無線設計一直在數據速率、芯片級實施成本及系統總體功耗之間進行權衡。家庭無線市場比較特殊,因為它同時要求高數據速率(支持多個數字音視頻流)、非常低的成本(以利于消費者廣泛接受)以及非常低的功耗(以便能嵌入到電池供電的手持設備)。以全新方式設計出的超寬帶(UWB)無線通信系統,對家庭市場的這一需求做出了響應。
超寬帶系統目前廣泛應用于家庭娛樂系統的無線連接,如家庭媒體中心、機頂盒、電腦、各種播放器等與大屏幕高清電視的連接;超寬帶系統還非常適用于各種移動設備和娛樂設備之間的連接,如手機和電腦等,所以業界普遍認為它是未來短距離高速無線系統的最佳解決方案之一。
在這里,通過以下介紹DS-UWB和蜂窩移動電話CDMA之間的差別,讓大家對超寬帶系統的技術及方案有一個系統的了解。
盡管術語CDMA被用來描述DS-UWB,但是DS-UWB和蜂窩移動電話CDMA所用的核心技術實際上有很大區別。二個不同工程領域所要解決的問題針對于完全不同的應用模式。驅動蜂窩移動電話CDMA發展和實施的應用模式是擁有成千上萬個用戶同時工作的基站/客戶模式。該模式沒有對等連接,以低速率(kbps)運行,覆蓋長距離(數英里)。而驅動DS-UWB發展和實施的應用模式則恰好相反,即只有一個或少數幾個用戶以對等方式連接,沒有基站,高速率運行(100Mbps 至Gbps),覆蓋短距離(10米以內)。
這二個系統的相似之處并不像人們想象的那么多,他們在很多方面都不同。一個系統中的關鍵技術對另外一個系統來講并不是關鍵的。蜂窩移動電話CDMA與DS-UMB之間的區別如表1所示。
蜂窩移動電話CDMA中每個人(或每個單獨用戶)使用一個碼——他自己獨有的碼。碼分多址或CDMA指無線信道用碼來區分,因此多個用戶可以同時工作運行,每個用戶可以用各自的碼進行區分。相反,DS-UWB中用戶通過TDMA/TDD而不是CDMA來共享頻譜,不是每個用戶都有惟一的碼,而是微微網中所有的用戶共用同一個碼。
CDMA和DS-UWB之間的惟一共同點是都使用碼,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行,發送24個小脈沖而不是一個大脈沖。體積小、雪崩電壓低的65nm的CMOS發射器仍能直接驅動50ohm的傳輸線,獲得合情理的發射機輸出功率。從而可以建立一個低功耗、高性能、造價低的UWB無線系統。它省去了昂貴的功率放大器和有損耗的轉換器以及消耗的一些材料。
1～3GHz范圍的碼片速率易于實現,但高電壓就不行。使用高碼片速率是由低造價、低功耗的市場需求所驅動的,而并非因為它是實現DS-UWB的惟一方式。
人們有時將CDMA的多用戶類比為DS-UWB中的多微微網,即多址術語相應于DS-UWB中的多個交疊的微微網。這個類比用于DS-UWB是因為不同微微網可以采用不同的碼。然而這種類比不完全正確。事實上,碼分多址概念不必用于DS-UWB,因為交疊的微微網實際上可以采用相同的碼——相鄰的微微網采用不同的碼片速率。其結果是一個微微網中的碼相對于另一個交疊微微網的碼不同步,于是二個用戶或二個微微網被碼的RMS互相關區分開來,這完全不同于二個不同的而又幾乎同步的CDMA碼之間的零互相關。與其稱為CDMA,倒不如更準確地將DS-UWB稱為旋轉速率區分多址(Spin-Rate Division Muliple Access,SRDMA)。DS-UWB不必采用不同的碼,因為此時碼的正交性不像它在蜂窩移動電話CDMA中那樣至關重要。采用不同碼字主要影響著峰值互相關和RMS互相關矩陣,就像它們在CDMA中那樣這些值并不為零。換句話說,即使有良好的正交性(即碼之間的互相關很小),而碼字太短,增益太低,以使得傳統的蜂窩移動電話類型的CDMA多用戶工作運行,其中不希望用戶的能量可能比希望用戶的能量強20dB。
DS-UWB中的碼字是用于協助同步的。較長的碼提供較高的積分增益,從而以較高的信噪比產生同步。較長的碼也能用于區分不同的微微網,即易于跟希望的微微網同步。同步之后,數據速率便可以轉換到支持傳送凈荷的高速率。這種速率的改變是通過改變碼長實現的。在高速率的情況下,碼字太短就不能實現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現的,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。
| 蜂窩移動電話CDMA | DS-UWB | |
| 拓撲 | 所有的數據都經過基站; 每個用戶有不同的CDMA碼 |
數據在微微網內采用TDMA以對等的方式傳送; 同一個微微網內的所有用戶均使用相同的CDMA碼; 相互獨立的微微網也可以采用不同的碼,但不是必須的 |
| 距離 | 遠(離基站幾公里) | 近(10米對等網) |
| 同時工作的用 戶碼的數目 |
很大(成千上萬用戶) | 小(很少的幾個重疊微微網) |
| 數據速率 | 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 |
通過計算機搜索找到的偽正交M-BOK碼集; 微微網間的碼集不同步 |
| 碼性能 | 隔離度(即正交性)由保持 正交性的準確度來控制 |
隔離度由“旋轉”(即不同步)的碼集和 不同的M-BOK碼集之間的RMS互相關來控制 |
| 頻譜隨機性 | 覆蓋碼和數據白化器 (沃爾什碼具有差的PSD) |
M-BOK碼集低峰均比的PSD和數據白化器 |
| 功率控制目標 | 使得來自每個用戶的信號 以同樣的功率到達基站 |
使本地總的容量最大,以滿足每個對等鏈路的需要,使發射功率最小化 |
| 功率控制 | 對系統運行是關鍵的 | 非關鍵; 在一個微小區的用戶使用TDMA,并不是同時發射 |
Fo(中心頻率) Fc(碼片速率) 帶寬 |
各自都是相互獨立的。相關推薦
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