硅谷杂志：超宽带通信系统实现方案的应用场景分析 |
| 2012-11-18 23:20 作者：吴 勋 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月18日文】据《硅谷》杂志2012年第17期刊文称，目前，超宽带通信系统的实现技术日趋成熟，但对于其应用场景的综合性能方面的分析研究还比较少。结合超宽带通信技术，给出其未来应用场景的发展趋势。同时建立超宽带通信系统模型，同时针对几种经典的应用场景进行分析，给出超宽带通信系统实现方案12种应用场景：1）6种符合功率谱密度约束；2）6种不符合功率谱密度约束。同时为超宽带通信系统未来多元化发展与优化设计提供重要的参考依据。
0引言
在当前，超宽带通信技术已成为各科研机构以及公司的研发重点，新的技术以及实现方案不断出现，成千上万的超宽带通信芯片以及演示系统不断问世。在IEEE802.16.2a、ECMA369/368、IEEE802.15.5a等标准也已出台。它们有一个共同的缺点就是对功率谱密度的严格约束并不能确保超宽带通信在电磁兼容方面具有良好的性能，同时超宽带通信的速率与距离主要受三大因素约束：1）信号信道的容量大小；2）通信信息处理过程中的能量耗散；3）频率衰减等。同时，高速通信实现难度大以及通信过程中，功率耗散严重等因素同样制约着超宽带技术的发展与应用。从而使得超宽带通信技术在许多应用场景的优势并没有得到充分的体现。
本文就超宽带通信系统的实现模型，探讨其6种满足功率谱密度约束与6种不满足功率谱密度约束的应用场景，为后面改技术的应用以及优化提供借鉴。
1方案实现原理
现在，可以通过多种路径实现超宽带通信。本节建立了超宽带通信实现方案的构架，从而可以对实现方案进行有效的分类以及效率评估。其实现方案的构架如图1。实现方案由各个功能相对独立的功能模块构成。以应用场景实际现场的需要，对各子功能块进行分类重组。同时，可合理调整模块顺序以及选择性地对模块进行配置，从而构成具有不同功能的应用场景实现方案[1]。
图1实现方案模型框架结构
由图1可知，四大模块：1）基带调制；2）抗多路径处理；3）扩频；4）载波变频共同决定着超宽带通信系统的猪妖特征。而对于基带调制模块主要包括：PPM、BOK、PSK、PAM、OOK、QAM、FSK等7种工作形式；抗多路径的功能块的实现形式有4种：1）时域均衡（TDE）；2）RAKE；3）OFDM；4）频域均衡（FDE）。扩频功能块的实现形式主要包括4种：1）直接序列扩频（DSSS）；2）跳频扩频（FHSS）；3）跳时扩频（THSS）；4）线性调频扩频（CSS）。载波功能块的实现形式主要有3种：1）无载波（CF）；2）多载波（MC）；3）单载波（SC）。
2应用场景
由于超宽带通信系统具有有限的发射功率，因而其难易实现远距离通信，同时其通信速率也被严重约束[2]。在超宽带通信系统的发射功率恒定时，虽然其通信链路预算是决定超宽带通信距离与速率的主要因素，但针对具体的应用场景，其特征又不尽相同。因系统的抗多径处理性能，扩频增益以及硬件芯片电路等可使系统的通信速率与距离在局部范围实现通信性能、实现难度以及功率损耗的最优配置，从而实现在实际的应用场景中具有一定的优势。采取该策略，在满足功率谱密度的小于-42.3dBm/MHz的约束的同时，6种应用场景如表1所示。对于功率谱密度处于8.8dBm/MHz的发射信号，不满足功率谱密度约束的应用场景，本文提出了6种实现方案如表2所示。值得注意的是，表中的通信距离与速率仅是点对点的全天线情况，对于多天线与定天线情形不予考虑。
表1功率谱密度约束满足的6种应用场景
种类 实现方案 距离（m） 速率
（Mbit/s） 实现难度
/芯片有效面积（mm2）/
工艺精度（nm） 功率耗散/
最大功耗（mW）/工艺（nm）
1 CF/THGS/OSK/2SPM
/2PPM[5，25，35，37] 近距离
0.1-1 很慢
0.7-102 较容易实现
0.7/91RPA
4.43/181R 耗散小
249/91RPA163/181R
2 CF/THGS/RAKE/2APM/BSSK[4，24，38] 近距离
11-51 很慢0.03-11.9 较容易实现
27/182R
9.3/91P 耗散小
39/182R
8.7/91P
3 CF/THSS/PSS
-2BSK[27，39] 近距离
0.2-2 极慢
0.02-0.15 较容易实现
0.6R/SSW 耗散较小
0.3R/SSW
4 SC/TGSS/RAKE/2SPM/BASK[4，28，38，41] 近距离
6-51 较慢
0.22-27.34 较容易实现7/132RPA
3.5/91R 耗散较小46/132RPA
24/81R
5 SC/DHSS/RAKE/TSEBPAK/MCOK[4，21，42] 较近距离
4-23 较快
30-300 容易实现
9.3/182R
23/141P 耗散大281/182R
182/132P
6 SD/DKSS/BSSK/MDOK[2，23，28，41] 较近距离
3-22 快
28-410 难以实现 耗散大
表中标注：“R”为射频（RadioFrequency）电路；“P”为物理层（PHF）基带处理；“RP”为“R”+”P”的组合；“A”为通信芯片的有效面积，mm2。
表2不满足功率谱密度约束的6种应用场景
种类 技术实现方案 距离（m） 速率
（Mbit/s） 实现难度 功率耗散
1 CS/THSS/RAKE/SOK
/2APM 远距离
151-1120 极慢
0.021-1.1 容易实现 耗散低
2 CS/RAKE/CSS/
2BOK/2APM 超远距离
310-3200 极慢
0.022-1.2 较容易实现 耗散较低
3 SC/FHSS/GHSS/RAKE
/BPSK 较远距离
220-1200 慢
0.12-11 难以实现 耗散较高
4 SC/CSS/RAKE/FHSS
/BOK/2APM 超远距离
410-4500 极慢
0.021-0.15 难以实现 耗散很高
5 SC/FHSS/FSSS/
BPSK/BPSK 较近距离
31-320 较快1.2-200 极难实现 耗散极高
6 SC/FSSS/DSSS/APSK/QAM/QAM 较近距离
33-310 极快12-1100 极难实现 耗散极高
3结论
目前，超宽带通信技术已日趋成熟，但对于其应用场景的综合性能方面的分析还比较欠缺。本文以现有的研究为基础，对其实现方案的模型进行了详细的分析，同时以是否满足功率谱密度约束为条件，采用超宽带通信、速率以及功率损耗等作为主要的分析指标，提出了6种满足约束条件的该系统的实现方案的应用场景，对超宽带通信技术的应用提供了有力的参考依据。
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