超宽带无线技术及其发展新方向(2)

3.智能天线区域网(IWAN)

IWAN的特征是:在室内或者办公室等有高密度设备的地方，覆盖范围为30m。设备的要求是:低成本，低功率消耗，如1～10mw，给用户提供家庭/办公室的智能分布网。设备的功能有:准确定位，跟踪，支持环境敏感的设备，在当前的窄带短距离网络中不太容易实现。这种情况，无线最后一英里或者到外部的可用连接可以用来发送报警、控制信号，或者远程检查家庭周围传感器的状态。

4.室外点对点网络(OPPN)

UWB设备部署在室外，主要适用于PDA上行和信息交换，新闻文本，图片和视频的下载。采用何种标准将决定OPPN结构使用集中式还是分布式的，这是一个需要进一步研究的课题。

欧洲即将采用的UWB标准将严格限制支持室外的UWB设备的部署。然而，这种情况可能会改变，因为UWB管制的使用也将不断进步，如同过去其他无线业务所经历的一样。

5.传感器，定位和识别网(SPIN)

SPIN系统的特征是:设备密度高，每层几百个，主要在工厂或者仓库，发送带有定位信息的低速数据包。SPIN设备使用范围较大，如果为主从拓扑，在单独设备和主站之间可达100m。在工业应用中，SPIN需要高级链路可靠性和自适应的系统特征，以对动态改变的接口和传播环境作出反应。UWB将起到的一个重要作用是:根据用户需求提供有效的业务。场景机制的划分和各种网络的发展，包括上面分析的各种情况，是远远不能满足用户的期望的。一个宏伟的目标是，在不同场景下，实现各种网络的无缝共存和互操作性。因此，设计有效的连接，自动漫游机制和数据链路的自适应，是将来一个重要的研究课题。

五、技术挑战

基于窄带载波调制的短距离无线系统，不能提供高速数据速率来传输视频或者准确的移动终端位置信息，不能支持位置敏感的应用。今天的市场很需要有这种能力的系统。这也是UWB的一个研究目标。可以网络总的数据速率和其他相关参数来标识UWB设备的系统性能和频谱效率。在UWB设备之间的相互干扰和可达到的QoS级方面，仍然有很多未解决的问题。考虑位置敏感的应用，有必要决定一个给定的应用所需的准确性，这个质量级在可变信道和网络负载条件下能否维持。

在调制和编码技术领域也存在挑战。最初，UWB-RT用于军事通信，获得高容量不是一个主要目标。然而，在商用系统中，有很大的用户容量是很重要的。编码和调制是能够改善系统多用户容量的最有效方法之一，应该设计自适应的调制方法和信道编码机制。尽管在UWB中，平均EIRP是很低的，短时间内的峰值功率可能很大，因此，要求能够优化传输技术(如自适应功率控制)。为适应不同的信号传播环境，各种高级技术，如UWB-MIMO，能够提供所需的高可靠性和自适应能力。与窄带系统不同，UWB系统受到更少的信号衰落，因为很窄的脉冲在不同路径上传播，引起大量独立衰落的信号成分，可以加以区分，由于高时间分辨率，导致很大的多径分集。UWB-MIMO系统也可抗时域ISI和ICI，因为接收信号有很好的自相关和互相关特性，能简单适应脉冲重复频率到主要的信道时延扩展。

此外，尽管UWB系统有内在的强健性抵抗多径，但也不是完全不受影响。极端信号传播情况会引起室内环境中大量的多径，导致传播时延持续10毫秒至几百毫秒。这引起的ISI限制了系统的最大数据速率，除非有一种有效的方法可以用来减轻这些影响。在快速脉冲调制技术(如PPM)，实现有效均衡的成本很高，这个问题在使用低脉冲重复频率系统中较轻。系统复杂性是另外一个挑战，UWB需要多个并行检测器或者高阶调制。

另外一个挑战来自于物理层UWB设备的天线设计和实施。一般来说，便携式通信设备要求很小和不易受损的天线，可以集成到设备中，能够在不同的环境下有效工作。有效天线的设计和实施，是UWB系统设计中的一个巨大挑战。

另外一个问题是，来自于其他无线信号对UWB接收机的带内干扰的影响。近处干扰问题引起了学术界的极大兴趣，UWB设备发射功率谱密度很小，UWB接收机中容易受到噪声影响和干扰。当一个区域有大量集中的UWB设备同时工作时，也有相同的问题，还有多径传播的不利影响和设备间干扰现象，以及要考虑在接收机和网络层如何发起和维持同步。

最后，除了非线性模电设计技术外，还需进一步研发在UWB系统使用新的，先进的半导体技术，如MEMS，SOI等。这些技术可以提供有效的方案解决速度和同步时延，功率消耗等问题，它们的成功研发对UWB-RT的未来开发和应用是至关重要的。

六、UWB研究现状

现在有许多公司在进行UWB技术的研究开发工作。美国XtremeSpectrun公司能够提供在各种设备之间无线传输音频、视频的UWB芯片组，它采用双相调制技术和IEEE 802.15.3 MAC协议，传输速率达到100Mb/s。

Intel在2000年成立了UWB研究实验室，其实验室产品在2～3年内能达到100Mb/s的数据速率。Intel认为UWB在短距离内可以达到400～500Mb/s，因此Intel称UWB为无线USB。Time Domain公司利用UWB PPM技术，开发了两代PulsON芯片，第三代PulsON商用产品也即将问世。

2003年1月，Philips和GA签订了一个备忘录，利用Philips在BiCOMS的优势和GA的UWB技术联合开发速率达480Mb/s的UWB芯片组，并支持IEEE 802.15.3a标准。Pulse Link公司在2003年第一季度推出了传输速率达400Mb/s的UWB芯片组。

新加坡的Cellonics公司开发了基于非线性动态理论的新技术，它只需要使用一个电感器和一个二极管就可以实现数字调制解调器，不需要混频器、振荡器和锁相环。该技术可以改善UWB接收器设计中的相关接收，而且简单、成本低，功耗也低。

美国Discrete Time公司开发了多频段UWB技术，它采用不同频段发送信息而不是发射单个脉冲。与单频段UWB相比，多频段UWB系统的每频段内可以用较低的速率发送信息，这降低了UWB的成本，具有较好的自适应性，可以与802.11a共存。

Intel、Cisco、Sony等公司都准备进入UWB无线数据通信市场，无线家用网络将会是UWB的主流市场。对短距离高速WPAN，UWB-RT有希望成为一项可行和有竞争力的无线技术，有能力支持以用户为中心的个人无线通信世界。UWB-RT的新特点，可能成为短距离无线设备和应用的基础，在未来的泛网中，对用户而言，从一个网络过渡到另一个网络是透明的。尽管在技术，经济和管制方面的挑战，各种研究和开发的努力与全球管制框架结合，会进一步增加UWB-RT成为新的智能短距离联网应用和业务的首选技术的机会。