超寬頻技術的發(fā)展歷程

    超寬頻技術的發(fā)展模式類似Wi－Fi一樣，有一段很長的時間被歸類為軍事技術，但如今極有可能擴展至一般消費性產(chǎn)品領域。根據(jù)最新的美國聯(lián)邦通訊委員會(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)的無線電系統(tǒng)，以往的無線電系統(tǒng)的頻寬比不會超過1%或20MHz，例如像2.4 GHz的IEEE 802.11無線局域網(wǎng)絡。

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

    其中有2項發(fā)展激發(fā)商業(yè)界對這項技術的興趣，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，而且不會對其它系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；另外FCC于2002年2月14日發(fā)布的02-48號報告與規(guī)范，定義各項并存規(guī)則，其中包括針對各種類型的UWB裝置制定電波發(fā)射限制。這套法律架構針對各種專利型UWB裝置立即開拓市場商機，長期而言，市場對標準型產(chǎn)品也有更強烈的興趣。

    由于UWB種類眾多，因此潛在的用途也相當廣泛。其中包括無線局域網(wǎng)絡(WLAN)、個人局域網(wǎng)絡(PAN)、短距離雷達(例如汽車傳感器、防撞系統(tǒng)、智能型高速公路感測系統(tǒng)、液態(tài)物體水位偵測系統(tǒng))、穿地雷達、以及應用在醫(yī)療監(jiān)視與運動員訓練等領域的人體局域網(wǎng)絡。

    UWB的技術歸納

    由于FCC對UWB設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系統(tǒng)(例如DVD、衛(wèi)星/有線電視的視訊轉換器、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，我們可輕易預見到包括數(shù)字相機、掃描儀、打印機、攝錄像機、以及MP3播放器等裝置，未來將能與消費性PC建立無線連接，讓配備有線型USB2.0或IEEE 1394接口的裝置擴增其應用價值，也許有一天會讓有線接入技術完全被淘汰。多個房間的應用模式亦是可能發(fā)生的場景之一，未來可能會運用多重轉接站的技術來克服10公尺的距離限制。

    UWB的調變范圍超過20%的頻寬比或500MHz，因此目前許多訊號產(chǎn)生機制就屬于UWB。包括直接序列展頻、極窄型脈沖(也稱為脈沖無線電)、正交分頻多任務(OFDM)。以上這些機制亦可以結合跳頻技術進一步擴大頻譜范圍，進一步掌握訊號處理的需求。所有這些技術的衍生版本都是根據(jù)IEEE 802.15.3a的無線個人局域網(wǎng)絡實體層標準作為基礎。

    直接序列UWB

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