【正文】 e Labs, Intel Corp. Evan Green, Intel Architecture Labs, Intel Corp. Srinivasa Somayazulu, Intel Architecture Labs, Intel Corp. David Leeper, Intel Connected Products Division, Intel Corp. Index words: UWB, wireless, munications, LAN, PAN ABSTRACT UltraWideband (UWB) technology is loosely defined as any wireless transmission scheme that occupies a bandwidth of more than 25% of a center frequency, or more than . The Federal Communications Commission (FCC) is currently working on setting emissions limits that would allow UWB munication systems to be deployed on an unlicensed basis following the Part rules for radiated emissions of intentional radiators, the same rules governing the radiated emissions from home puters, for example. This rule change would allow UWBenabled devices to overlay existing narrowband systems, which is currently not allowed, and result in a much more efficient use of the available spectrum. Devices could, in essence, fill in the unused portions of the frequency spectrum in any particular location. These recent developments by the FCC give Intel a unique opportunity to develop equipment that could potentially take advantage of the vast amount of usable spectrum that exists in the wireless space, and that could provide an engine to drive the future highrate applications that are being conceived throughout this industry. Intel174。因此，這將是在向MAC設(shè)計(jì)時(shí)考慮這些超寬帶系統(tǒng)的MAC層設(shè)計(jì)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。音頻或者視頻的應(yīng)用需要大量帶寬，可能需要關(guān)閉同步（例如，連接立體聲揚(yáng)聲器環(huán)繞聲系統(tǒng)）。這些不同類型的流量對(duì)于服務(wù)參數(shù)的不同有不同的條件要求，量化為每個(gè)應(yīng)用程序?qū)@些用戶的網(wǎng)絡(luò)性能。例如技術(shù)支持這些應(yīng)用的IEEE （WiFi的）藍(lán)牙和HomeRF網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。按照同樣的程序，預(yù)計(jì)該系統(tǒng)的空間能力將超過100萬比特/秒/ 平方。預(yù)計(jì)該系統(tǒng)的空間容量約為83,000比特/秒/平方米。 （3）。研究表明，大約10藍(lán)牙“微網(wǎng)”能以最小的退化同時(shí)操作在同一個(gè)10米的圓一個(gè)10Mbps的產(chǎn)生總的速度。該合計(jì)速度33Mbps，由圓的面積劃分，產(chǎn)量約1000比特/秒/平方米的空間容量。 ISM頻段，可用頻譜大約為80MHz。按預(yù)期，新興的短期和媒介變化無線標(biāo)準(zhǔn)各有不同，隱含的空間容量大小分配使用。最后，趨勢(shì)4讓這些本來在幾年前不切實(shí)際技術(shù)的信號(hào)處理的使用成為了可能。趨勢(shì)1和2要求系統(tǒng)不僅僅是提供高比特率峰值，而且還需要高容量，以及空間，其中空間容量被定義為/秒/平方米/位。（3）高速有線接入的企業(yè)，家庭上網(wǎng)速度，和公共空間的增長。四大趨勢(shì)正在推動(dòng)短距離尤其是超寬帶無線通信的普及：(1)對(duì)于無線數(shù)據(jù)能力的便攜式設(shè)備日益增加的對(duì)高帶寬需求，以及低于目前可用技術(shù)的成本和功耗。在這里，有線互聯(lián)網(wǎng)是基礎(chǔ)設(shè)施，而不是電話網(wǎng)絡(luò)。短距離允許頻譜再利用，從而服務(wù)更多的用戶，并且系統(tǒng)是可行的，因?yàn)樗鼈兪怯梢粋€(gè)基本的有線基礎(chǔ)設(shè)施中的移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)來支撐的。然而，最近的一個(gè)無線電歷史顯示了對(duì)于其他四個(gè)屬性的距離費(fèi)用存在明顯提高的趨勢(shì)。 不幸的是，不可能尋在實(shí)現(xiàn)一個(gè)同時(shí)具備這五種特性的通信和雙向通信流系統(tǒng)，如果其他的要做好，必須放棄一個(gè)或多個(gè)特性。無線替代的手段 為了了解在無線通信中超寬帶無線通信適用于哪些目前的趨勢(shì)，我們需要考慮一般通信系統(tǒng)試圖解決的問題。相反，超寬帶的實(shí)現(xiàn)可以直接調(diào)節(jié)一個(gè)“脈沖”，這種脈沖有一個(gè)非常尖銳的上升和下降時(shí)間，因此，在占用的波形產(chǎn)生幾個(gè)GHz的帶寬。其次，UWB是一個(gè)典型的實(shí)施載波方式。首先，超寬帶系統(tǒng)的帶寬，如美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)（FCC）的定義，是25%。雖然短期超寬帶（UWB）不是很有說服性，但它確實(shí)有助于從傳統(tǒng)的“窄帶”系統(tǒng)技術(shù)以及新的“寬帶”系統(tǒng)通常描述中提到的未來3G蜂窩技術(shù)中分離出這種技術(shù)。 簡(jiǎn)介 寬帶（UWB）的技術(shù)流行于20世紀(jì)80年代，因?yàn)樾盘?hào)的寬帶性質(zhì)使它具有非常準(zhǔn)確的計(jì)時(shí)信息，使它僅用于基于雷達(dá)的應(yīng)用程序，然而由于在高速交換技術(shù)的最新發(fā)展，使UWB對(duì)于低成本的消費(fèi)通信應(yīng)用變得更加有吸引力的。架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室（的IAL）目前正在研究超寬帶技術(shù)，以更好地了解它的好處、缺陷和使用高速率通信帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)。 通過FCC最近的這些發(fā)展給了英特爾一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)來發(fā)展硬件設(shè)施，它們可以依靠存在于無線領(lǐng)域大量的潛在的優(yōu)勢(shì)來利用巨大的可用頻譜，而且正在提供一個(gè)用來驅(qū)動(dòng)未來的高速率應(yīng)用引擎的整個(gè)行業(yè)的構(gòu)思。這一規(guī)則的改變將使UWB的可以啟用的頻譜更有效地利用現(xiàn)有的窄帶系統(tǒng)來覆蓋，并使得有用的頻譜更為有效，但目前這是不允許的。在此，謹(jǐn)向江老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意！最后，我要向百忙之中抽空參加論文評(píng)審的各位老師表示最衷心的感謝!外文文獻(xiàn)翻譯 超寬帶技術(shù)的短期或中期范圍內(nèi)的 無線通信 杰夫福斯特，英特爾架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，英特爾公司 埃文格林，英特爾架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，英特爾公司 斯里尼瓦薩，英特爾架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，英特爾公司 大衛(wèi)利珀，英特爾部連接的產(chǎn)品，英特爾公司關(guān)鍵字：超寬帶，無線，通訊，局域網(wǎng)，無源光網(wǎng)絡(luò)摘要超寬帶（UWB）技術(shù)可以大致的被定義為一個(gè)占有超過25％中心頻率的帶寬。這不僅提高了我個(gè)人的通信理論知識(shí)水平，而且很好的鍛煉了我的仿真能力。從設(shè)計(jì)選題，方案論證到具體設(shè)計(jì)和調(diào)試，江老師都給予了很大的幫助。由于時(shí)間和知識(shí)有限，系統(tǒng)也存在一些局限性，要使該系統(tǒng)真正實(shí)用化還需要更多的理論研究和實(shí)踐操作。同時(shí)參考了大量設(shè)計(jì)方案及仿真模塊的參數(shù)配置。在該仿真系統(tǒng)的建立期間，本人做了以下工作：(1)研究了大量超寬帶無線通信技術(shù)和MATLAB仿真知識(shí)，為該UWB通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。 本系統(tǒng)還分析了誤碼率，經(jīng)過一段時(shí)間的仿真統(tǒng)計(jì)，*105 滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求。 接收端信號(hào)頻譜圖，從圖可知直流信號(hào)為零，信號(hào)受多徑衰落信道的影響較明顯。 信道參數(shù)圖6系統(tǒng)的仿真分析通過對(duì)構(gòu)建的UWB無線通信系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真，分析了系統(tǒng)的跳頻時(shí)序，子頻帶頻譜，接收端信號(hào)頻譜和信道估計(jì)/補(bǔ)償?shù)男亲鶊D。： OFDM接收機(jī)其中循環(huán)處理和信道估計(jì)/補(bǔ)償可以用于減少多徑信道對(duì)傳輸信號(hào)的影響。通過反快速傅立葉變換（IFFT）塊和增益模塊，通過其完成相關(guān)算法的定點(diǎn)運(yùn)算。在子系統(tǒng)中的第一個(gè)轉(zhuǎn)換器將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成定點(diǎn)數(shù)據(jù)類型。最后經(jīng)過跳頻和濾波后發(fā)送到信道中。本系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下所示： （1）射頻傳輸帶寬：528 MHz（2）跳頻擴(kuò)頻：分3頻段（， GHz為中心）（3）糾錯(cuò)編碼：卷積編碼（4）碼速率：R = 5/8（5）調(diào)制：四相相移鍵控（QPSK）（6）OFDM傳輸：128點(diǎn)的IFFT。該提案支持55480 Mb/s之間的數(shù)據(jù)傳輸速率變化。 TR自相關(guān)接收系統(tǒng)互相關(guān)接收機(jī)可以采用模擬式和混合式方式進(jìn)行相關(guān)處理,其中模擬方式選用與接收信號(hào)一致的二階高斯脈沖信號(hào)作為模板信號(hào),而混合方式可采用數(shù)字方波作為模板信號(hào),。自相關(guān)接收機(jī)的一種典型應(yīng)用是基于超寬帶信號(hào)的發(fā)送參考(TR)接收機(jī),它的基本思想是發(fā)射機(jī)在時(shí)刻t發(fā)送一個(gè)引導(dǎo)脈沖,然后在t+D時(shí)刻發(fā)送第二個(gè)脈沖,該脈沖與引導(dǎo)脈沖完全一樣,調(diào)制信息被映射到第二個(gè)脈沖上。模擬式相關(guān)器是指接收信號(hào)和相關(guān)模板信號(hào)都是模擬量。4超寬帶相關(guān)接收模塊設(shè)計(jì)在進(jìn)行UWB相關(guān)接收設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)合適的相關(guān)器對(duì)接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。 CM1~CM4信道模型特性模型特性CM1CM2CM3CM4平均能量延遲(ns)RMS延遲(ns)581426NP(85%)信道能量平均值(dB)信道能量標(biāo)準(zhǔn)差(dB)UWB室內(nèi)信道模型的通信環(huán)境比較復(fù)雜,通信距離比較短,通常在10m以內(nèi),慢衰落、密集多徑和準(zhǔn)靜止是它的主要特征。N是觀測(cè)到的簇的數(shù)目,K(n)是第n簇內(nèi)接收到的多徑數(shù)目, 是第n簇中第k條路徑的系數(shù),Tn是第n簇到達(dá)時(shí)間, 是第n簇中第k條路徑的時(shí)延。因此,接收信號(hào)可表示為[11]: （）這里,一個(gè)特定的脈沖波形與路徑n對(duì)應(yīng), 和分別為第n條路徑時(shí)刻t的信道增益和信道時(shí)延,N(t)是時(shí)刻t觀測(cè)到的路徑數(shù),n(t)是接收機(jī)處的加性噪聲。根據(jù)沖激無線電應(yīng)用實(shí)際,需要考慮到脈沖在反射或穿透障礙物時(shí)其性狀的變化。這兩個(gè)模型在超寬帶室內(nèi)信道中并不是相互獨(dú)立存在的，在同一個(gè)無線信道中，二者綜合作用于發(fā)射脈沖信號(hào)[10]。路徑損耗模型不僅對(duì)分析信道的可用性、傳輸頻帶的選擇等具有重要意義，而且對(duì)于無線網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃也非常重要。多徑傳播模型用于描述短距離或短時(shí)間內(nèi)接收信號(hào)強(qiáng)度的快速變化。路徑損耗模型也稱為大尺度模型。超寬帶無線信道的傳播模型可分為路徑損耗模型和多徑傳播模型。超寬帶無線通信環(huán)境遠(yuǎn)比基于連續(xù)波的傳統(tǒng)窄帶或?qū)拵o線信道環(huán)境復(fù)雜。在多脈沖調(diào)制中，利用不同SS序列之間的正交性，還可以通過同時(shí)傳輸多路多脈沖調(diào)制的信號(hào)來提高系統(tǒng)的通信效率[9]。這樣，把第一步和第二步組合起來不難得到一下多脈沖調(diào)制技術(shù):PPMTHSS、PPMDSSS、PAMTHSS、PAMDSSS、BPMTHSS、BPMDSSS。把BPM稱為直接序列(Direct Sequence)擴(kuò)譜(DSSS)，即每組脈沖內(nèi)部的每一個(gè)脈沖具有固定的時(shí)間間隔和相同的幅度，但具有不同的極性。一般把第一步稱為擴(kuò)譜(Spread Spectrum)，而把第二步稱為信息調(diào)制。在第一步中，每組脈沖內(nèi)部的單個(gè)脈沖通常采用PPM或BPM調(diào)制方法。當(dāng)采用多脈沖調(diào)制時(shí)，把傳輸相同信息的多個(gè)脈沖稱為一組脈沖，那么，多脈沖調(diào)制過程可以分兩步:第一步為每組脈沖內(nèi)部單個(gè)脈沖的調(diào)制。PAM、OOK和PPM調(diào)制的共同優(yōu)點(diǎn)是可以通過非相干檢測(cè)恢復(fù)信息PAM調(diào)制和PPM調(diào)制還可以通過多個(gè)幅度調(diào)制或多個(gè)位置調(diào)制提高信息輸速率。實(shí)際上，也可以通過改變發(fā)射脈沖的時(shí)間間隔或發(fā)射脈沖相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間的位置來傳遞信息，這就是PPM調(diào)制的原理。OOK調(diào)制通過脈沖的有無來傳遞信息。BPM調(diào)制和OOK調(diào)制方法是PAM調(diào)制的兩種簡(jiǎn)化形式。經(jīng)典的單脈沖調(diào)制技術(shù)包括:脈沖幅度調(diào)制(PAM)、脈沖位置調(diào)制(PPM)、二相調(diào)制(BPM)和開關(guān)鍵控(OOK)等。此外為允許多個(gè)用戶共享同一傳輸信道，在每個(gè)用戶發(fā)射脈沖的起始時(shí)間都加入一個(gè)唯一的、并且被相應(yīng)的接收機(jī)已知的偽隨機(jī)時(shí)移，以免多個(gè)用戶在同信道中因?yàn)橥瑫r(shí)發(fā)射信號(hào)而引起的信息沖突。由于IUWB系統(tǒng)的信號(hào)是無載波傳輸方式，因此發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的結(jié)構(gòu)十分的簡(jiǎn)單。由上式進(jìn)一步可以得到和k的關(guān)系式: （）在超寬帶脈沖無線系統(tǒng)中，信息是調(diào)制在脈沖上傳遞的，既可以用單脈沖傳遞不同的信息，也可以用多個(gè)脈沖傳遞相同的信息。特別地，觀察k階導(dǎo)數(shù)的傅氏變換性質(zhì)[7]: （）可以得到關(guān)于峰值頻率、導(dǎo)函數(shù)的階k和脈沖形成因子。對(duì)高斯脈沖微分也會(huì)影響其能量譜密度。但是，設(shè)計(jì)在可以合理地為高斯脈沖考慮一個(gè)有效的持續(xù)時(shí)間，其截?cái)嗄芰康陀谝粋€(gè)給定的門限值。因此