简介
随着无线技术的日益普及,人们对消费类电子产品的要求越来越高。根据需求,这些设备可以划分为两大不同阵营:(1)室内无线影像播放(压缩或非压缩的形式)(2)低功耗手持设备的高速连接。在影像播放应用方面,为不同的用户提供相对来说较高的数据传输速率、较强的性能以及低功耗的要求(因为视频源及显示一般都连接到外部的电源上)。而相反,手持设备对低成本和低功耗有很高的要求,同时,在高速数据转换方面要求能够扩展到极高的数据转输速率(1 Gbps及更高)。
在本文中,我们将介绍两种能够满足这些应用需求的无线技术,直序列超宽带技术(DS-UWB ,这是IEEE组织首推的UWB标准化提议)以及802.11无线局域网技术(
关于两项技术的介绍
DS-UWB 是为无线个人局域网络(WPAN)而开发的,并借鉴了超宽带(UWB)通讯技术的长处。目前,IEEE组织正在考虑的DS-UWB方案将使基于802.
DS-UWB 设备的应用将依据FCC针对美国市场而制定的超宽带规则并且与为世界其它地区制定的规则基本一致。目前的FCC规则允许使用7.5 GHz的频谱(
DS-UWB设备在任何时间都将占用1.5或3 GHz的频谱),但其传输功率非常低,请参见图表。实际上,DS-UWB的传输水平基本上达到每MHz频谱-41.3 dBm的极限。
与DS-UWB相比, 802.11 无线局域网技术是为不同FCC规则下的操作所开发的,并且可以在特别针对非授权无线设备的频道上进行操作。
上述两个不同的特性以及信号带宽以及传输功耗导致了通讯系统设计当中诸多方面的迥异。
我们注意到,这两项技术,传输功耗方面存在着500倍的差异(但在总功耗方面不是这样,即:由天线发射出的功率及所有电路所消耗的功率)。是什么原因导致了如此大的差异呢?通讯系统方面的一个基本规则就是所接收到的信号功率在较为接近的范围内反而衰减——这是否意味着802.11技术在相同数据传输速率方面具有_(500)或大约22倍的范围呢?实际上,DS-UWB技术在多信道环境下,为110 Mbps提供了
信号带宽及传输功率
与DS-UWB相比,有两个基本原因使得信号带宽上的差别导致
对于
DS-UWB运营环境与
信号带宽对复杂性和功耗的作用
我们知道,窄带系统需要有较高的传输功率,来支持接收器对SNR更高的要求,因为不同的调制方式要求较高的调制和多通道衰件。对于OFDM,较高传输功率的影响与OFDM信号的高峰值和平均值的比率混杂在一起,因为后者要求有一个低功耗的功率放大器。例如,一个50 mW传输功率的输出也许会要求有几百到 500 mW 的总功耗,以达到较好的系统性能所需要线性。而相反的是,任何一个DS-UWB系统都不需要PA,因为较小的传输功率(-10 dBm) 可以直接通过RF ASIC来驱动。
不同的信号带宽对系统的复杂性和功耗还具有其他影响,因为信号处理要求方面存在差异。
_模拟到数字的转换器: DS-UWB 接收器可以在高速率(1.35GHz )上使用低解析度 (如: 3 位)的 ADCs,来模拟宽带信号。802.11 OFDM系统在较低的速率(在80MHz上9位)上使用高解析度的 ADCs来支持64-QAM的解调。
_ 前向差错纠正: 两种方式都采用卷积编码(convolutional code)来纠正传输中产生数位错误。
当我们在考虑将DS-UWB 或802.11n提升到更高的速率来满足未来的应用而产生 的其他作用时,我们有必要了解 如何通过增加符号速率(缩短符号长度)来将DS-UWB提升到更高的速率,如 1 Gbps 。大多数的接收器数字处理复杂性(斜度化合,符号均等,FEC解码,等)与数据速率呈线性增加。对均衡器长度的要求可以随着符号长度的减少而有所增加,但在最高数据速率模式下以较小的范围提升延迟传播时,此作用会被化解。
目前关于将 802.11系统升级到802.11n中的更高速率 (500 Mbps或更高 ) 的建议是基于64-QAM的继续使用。通过MIMO技术(多重输入输出)我们可以提升到较高的速率,因为它利用多天线在无线频道中平行发送多数据流。对此,处理的复杂性也随之增加((FEC 解码, FFT/iFFT, 均衡等)。 由于要求高达4个传输/接收处理链(多个 ADC/DAC , 过滤器, 放大器等),复杂性和功耗也将有所增加。
当我们对这两种技术进行高速率、低功耗应用等方面的评估时,我们发现系统的带宽在很多领域具有较大影响。由于窄带设计被扩展到更高的速率,那幺利用high order调制和多天线技术可以提供扩展的较强性能,但也可能会导致更大的复杂性和功耗。那些利用宽带的系统,如 DS-UWB, 可以采用完全不同的设计手段提供无线连接解决方案,获得更高的速率,更具有可扩展性和低复杂性。
图表: 不同无线技术上的功率频谱密度和带宽