[分享] 超宽带通信技术与频谱管理

超宽带（UWB）是指-10  dB带宽大于500 MHz或分数带宽（带宽除以频带中心频率）大于20%的信号。最近人们对使用此类信号进行高数据速率、低功耗、短距离通信产生了浓厚的兴趣。世界各地的监管机构已同意允许未经许可的 UWB 信号传输，但须遵守一定的限制。这些限制中最重要的是 PSD 不应超过 PSD 掩模确定的限制。模板的细节因应用和地理位置而异，但一个共同特征是 PSD 始终限制在 −41.3 dBm/MHz 或更低。图1A图1B显示了美国室内应用的 FCC PSD 掩模，图1B显示了英国采用的 Ofcom 掩模。

图1。UWB 频谱掩模示例：(A) 美国。(B) 英国。

频谱掩模确保来自位于同一地点的传统通信系统的频带内的UWB系统的功率足够低以避免明显的干扰。 某些频段的PSD 限制低于 −41.3 dBm/MHz，以便为某些现有服务（例如 GPS）提供额外保护。UWB 系统的低 PSD 通常将其范围限制在 10  m 左右。然而，大带宽会导致潜在的巨大数据速率。图2显示了作为带宽和SNR函数的理论信道容量（使用香农-哈特利定律计算） 。

图2。信道容量与 SNR 和带宽。

UWB调制方案大致可以分为两类：多载波UWB（MC-UWB）和脉冲无线电（IR）。

最重要的 MC-UWB 变体是多频段OFDM (MB-OFDM)。MB-OFDM 联盟开发了基于 MC-UWB 的实用规范，该联盟是一群共同支持这种特殊形式的 UWB 技术的组织。

IR 的重要变体包括直接序列 UWB (DS-UWB) 和脉冲位置调制跳时 UWB (PPM-TH-UWB)。这两者均包含在 IEEE 802.15.3a 标准中。

DS-UWB 与 DSSS 类似，不同之处在于每个码片均作为持续时间约为 1  ns 的短脉冲进行传输。（当然，脉冲的精确持续时间取决于所需的 UWB 带宽。）脉冲通常是类似小波的，并且通常被建模为高斯脉冲的高阶时间导数。

PPM-TH-UWB 传输窄脉冲，但它们通常不是小波，而是单周期或双峰，通常分别由高斯脉冲的一阶和二阶时间导数建模。使用脉冲位置调制 (PPM) 将信息编码到脉冲流上。如果标称脉冲时隙分为M个子时隙，则n  =  log 2 M信息位确定要使用的子时隙。为了避免特定的位模式导致发射的脉冲序列的大量功率集中在离散谱线中，脉冲隙的位置本身使用伪随机序列在较大符号隙内及时跳跃。（谱线中的功率集中可能会导致违反 UWB 频谱掩模。）