In mathematics, in the area of harmonic analysis, the fractional Fourier transform (FRFT) is a linear transformation generalizing the Fourier transform. It can be thought of as the Fourier transform to the n-th power where n need not be an integer — thus, it can transform a function to an intermediate domain between time and frequency. Its applications range from filter design and signal analysis to phase retrieval and pattern recognition.
The FRFT can be used to define fractional convolution, correlation, and other operations, and can also be further generalized into the linear canonical transformation (LCT). An early definition of the FRFT was given by Namias[1], but it was not widely recognized until it was independently reinvented around 1993 by several groups of researchers[2].
A completely different meaning for "fractional Fourier transform" was introduced by Bailey and Swartztrauber[3] as essentially another name for a z-transform, and in particular for the case that corresponds to a discrete Fourier transform shifted by a fractional amount in frequency space (multiplying the input by a linear chirp) and evaluating at a fractional set of frequency points (e.g. considering only a small portion of the spectrum). (Such transforms can be evaluated efficiently by Bluestein's FFT algorithm.) This terminology has fallen out of use in most of the technical literature, however, in preference to the FRFT. The remainder of this article describes the FRFT.
See also the chirplet transform for a related generalization of the Fourier transform.
Contents[hide]
1 Definition
1.1 Related transforms
2 Interpretation of the Fractional Fourier Transform
3 Application
4 See also
5 External links
6 References
//
[edit] Definition
If the continuous Fourier transform of a function f(t) is denoted by , then , and in general ; similarly, denotes the n-th power of the inverse transform of F(ω). The FRFT further extends this definition to handle non-integer powers n = 2α / π for any real α, denoted by and having the properties:
when n = 2α / π is an integer, and:
More specifically, is given by the equation:
Note that, for α = π / 2, this becomes precisely the definition of the continuous Fourier transform, and for α = − π / 2 it is the definition of the inverse continuous Fourier transform.
If α is an integer multiple of π, then the cotangent and cosecant functions above diverge. However, this can be handled by taking the limit, and leads to a Dirac delta function in the integrand. More easily, since , must be simply f(t) or f( − t) for α an even or odd multiple of π, respectively.
[edit] Related transforms
There also exist related fractional generalizations of similar transforms such as the discrete Fourier transform. The discrete fractional Fourier transform is defined in (Candan, Kutay & Ozaktas 2000) and (Ozaktas, Zalevsky & Kutay 2001, Chapter 6).
[edit] Interpretation of the Fractional Fourier Transform
Further information: Linear canonical transformation
The usual interpretation of the Fourier transform is as a transformation of a time domain signal into a frequency domain signal. On the other hand, the interpretation of the inverse Fourier transform is as a transformation of a frequency domain signal into a time domain signal. Apparently, fractional Fourier transforms can transform a signal (either in the time domain or frequency domain) into the domain between time and frequency: it is a rotation in the time-frequency domain. This perspective is generalized by the linear canonical transformation, which generalizes the fractional Fourier transform and allows linear transforms of the time-frequency domain other than rotation.
Take the below figure as an example. If the signal in the time domain is rectangular (as below), it will become a sinc function in the frequency domain. But if we apply the fractional Fourier transform to the rectangular signal, the transformation output will be in the domain between time and frequency.
Fractional Fourier Transform
Actually, fractional Fourier transform is a rotation operation on the time frequency distribution. From the definition above, for α=0, there will be no change after applying fractional Fourier transform, and for α=π/2, fractional Fourier transform becomes a Fourier transform, which rotates the time frequency distribution with π/2. For other value of α, fractional Fourier transform rotates the time frequency distribution according to α. The following figure shows the results of the fractional Fourier transform with different values of α.
Time/Frequency Distribution of Fractional Fourier Transform.
[edit] Application
Fractional Fourier transform can be used in time frequency analysis and DSP. It is useful to filter noise, but with the condition that it does not overlap with the desired signal in the time frequency domain. Let’s see the following example. We cannot apply a filter directly to eliminate the noise, but with the help of the fractional Fourier transform, we can rotate the signal (including the desired signal and noise) first. We then apply a specific filter which will allow only the desired signal to pass. Thus the noise will be removed completely. Then we use the fractional Fourier transform again to rotate the signal back and we can get the desired signal.
Fractional Fourier Transform in DSP.
Thus, using just truncation in the time domain, or equivalently low-pass filters in the frequency domain, one can cut out any convex set in time-frequency space; just using time domain or frequency domain methods without fractional Fourier transforms only allow cutting out rectangles parallel to the axes.
[edit] See also
Other time-frequency transforms:
Linear canonical transformation
short-time Fourier transform
wavelet transform
chirplet transform
[edit] External links
DiscreteTFDs -- software for computing the fractional Fourier transform and time-frequency distributions
"Fractional Fourier Transform" by Enrique Zeleny, The Wolfram Demonstrations Project.
Dr YangQuan Chen's FRFT (Fractional Fourier Transform) Webpages
[edit] References
^ V. Namias, "The fractional order Fourier transform and its application to quantum mechanics," J. Inst. Appl. Math. 25, 241–265 (1980).
^ Luís B. Almeida, "The fractional Fourier transform and time-frequency representations," IEEE Trans. Sig. Processing 42 (11), 3084–3091 (1994).
^ D. H. Bailey and P. N. Swarztrauber, "The fractional Fourier transform and applications," SIAM Review 33, 389-404 (1991). (Note that this article refers to the chirp-z transform variant, not the FRFT.)
Ozaktas, Haldun M.; Zalevsky, Zeev; Kutay, M. Alper (2001), The Fractional Fourier Transform with Applications in Optics and Signal Processing, Series in Pure and Applied Optics, John Wiley & Sons, http://www.ee.bilkent.edu.tr/~haldun/wileybook.html
Candan, C.; Kutay, M.A.; Ozaktas, H.M. (May 2000), "The discrete fractional Fourier transform", IEEE Transactions on Signal Processing 48 (5): 1329–1337, doi:10.1109/78.839980
A. W. Lohmann, "Image rotation, Wigner rotation and the fractional Fourier transform," J. Opt. Soc. Am. A 10, 2181–2186 (1993).
Soo-Chang Pei and Jian-Jiun Ding, "Relations between fractional operations and time-frequency distributions, and their applications," IEEE Trans. Sig. Processing 49 (8), 1638–1655 (2001).
*Jian-Jiun Ding, Time frequency analysis and wavelet transform class notes, the Department of Electrical Engineering, National Taiwan University (NTU), Taipei, Taiwan, 2007.
Retrieved from "http://en.wikipedia.org/wiki/Fractional_Fourier_transform"
------------------------------------------------------------------------------------------------
Calculus and Analysis > Integral Transforms > General Integral Transforms >
Applied Mathematics > Signal Processing >
Recreational Mathematics > Mathematical Art > Mathematical Images >
More...
MathWorld Contributors > Ozaktas >
MathWorld Contributors > Trott >
Interactive Entries > Interactive Demonstrations >Less...
Fractional Fourier Transform
There are two sorts of transforms known as the fractional Fourier transform.
The linear fractional Fourier transform is a discrete Fourier transform in which the exponent is modified by the addition of a factor ,
However, such transforms may not be consistent with their inverses unless is an integer relatively prime to so that . Fractional fourier transforms are implemented in Mathematica as Fourier[list, FourierParameters -> a, b], where is an additional scaling parameter. For example, the plots above show 2-dimensional fractional Fourier transforms of the function for parameter ranging from 1 to 6.
The quadratic fractional Fourier transform is defined in signal processing and optics. Here, the fractional powers of the ordinary Fourier transform operation correspond to rotation by angles in the time-frequency or space-frequency plane (phase space). So-called fractional Fourier domains correspond to oblique axes in the time-frequency plane, and thus the fractional Fourier transform (sometimes abbreviated FRT) is directly related to the Radon transforms of the Wigner distribution and the ambiguity function. Of particular interest from a signal processing perspective is the concept of filtering in fractional Fourier domains. Physically, the transform is intimately related to Fresnel diffraction in wave and beam propagation and to the quantum-mechanical harmonic oscillator.
SEE ALSO: Ambiguity Function, Discrete Fourier Transform, Fourier Transform, Phase Space, Radon Transform, Time-Space Frequency Analysis, Wigner Distribution
Portions of this entry contributed by Haldun M. Ozaktas s
2009年6月20日 星期六
2009年6月16日 星期二
Direct-sequence spread spectrum (DSSS)
In telecommunications, direct-sequence spread spectrum (DSSS) is a modulation technique. As with other spread spectrum technologies, the transmitted signal takes up more bandwidth than the information signal that is being modulated. The name 'spread spectrum' comes from the fact that the carrier signals occur over the full bandwidth (spectrum) of a device's transmitting frequency.
Contents[hide]
1 Features
2 Transmission method
3 Benefits
4 Uses
5 References
6 See also
7 External links
//
[edit] Features
It phase-modulates a sine wave pseudorandomly with a continuous string of pseudonoise (PN) code symbols called "chips", each of which has a much shorter duration than an information bit. That is, each information bit is modulated by a sequence of much faster chips. Therefore, the chip rate is much higher than the information signal bit rate.
It uses a signal structure in which the sequence of chips produced by the transmitter is known a priori by the receiver. The receiver can then use the same PN sequence to counteract the effect of the PN sequence on the received signal in order to reconstruct the information signal.
[edit] Transmission method
Direct-sequence spread-spectrum transmissions multiply the data being transmitted by a "noise" signal. This noise signal is a pseudorandom sequence of 1 and −1 values, at a frequency much higher than that of the original signal, thereby spreading the energy of the original signal into a much wider band.
The resulting signal resembles white noise, like an audio recording of "static". However, this noise-like signal can be used to exactly reconstruct the original data at the receiving end, by multiplying it by the same pseudorandom sequence (because 1 × 1 = 1, and −1 × −1 = 1). This process, known as "de-spreading", mathematically constitutes a correlation of the transmitted PN sequence with the PN sequence that the receiver believes the transmitter is using.
For de-spreading to work correctly, the transmit and receive sequences must be synchronized. This requires the receiver to synchronize its sequence with the transmitter's sequence via some sort of timing search process. However, this apparent drawback can be a significant benefit: if the sequences of multiple transmitters are synchronized with each other, the relative synchronizations the receiver must make between them can be used to determine relative timing, which, in turn, can be used to calculate the receiver's position if the transmitters' positions are known. This is the basis for many satellite navigation systems.
The resulting effect of enhancing signal to noise ratio on the channel is called process gain. This effect can be made larger by employing a longer PN sequence and more chips per bit, but physical devices used to generate the PN sequence impose practical limits on attainable processing gain.
If an undesired transmitter transmits on the same channel but with a different PN sequence (or no sequence at all), the de-spreading process results in no processing gain for that signal. This effect is the basis for the code division multiple access (CDMA) property of DSSS, which allows multiple transmitters to share the same channel within the limits of the cross-correlation properties of their PN sequences.
As this description suggests, a plot of the transmitted waveform has a roughly bell-shaped envelope centered on the carrier frequency, just like a normal AM transmission, except that the added noise causes the distribution to be much wider than that of an AM transmission.
In contrast, frequency-hopping spread spectrum pseudo-randomly re-tunes the carrier, instead of adding pseudo-random noise to the data, which results in a uniform frequency distribution whose width is determined by the output range of the pseudo-random number generator.
[edit] Benefits
Resistance to intended or unintended jamming
Sharing of a single channel among multiple users
Reduced signal/background-noise level hampers interception (stealth)
Determination of relative timing between transmitter and receiver
[edit] Uses
The United States GPS and European Galileo satellite navigation systems
DS-CDMA (Direct-Sequence Code Division Multiple Access) is a multiple access scheme based on DSSS, by spreading the signals from/to different users with different codes. It is the most widely used type of CDMA.
Cordless phones operating in the 900 MHz, 2.4 GHZ and 5.8 GHz bands
IEEE 802.11b 2.4 GHz Wi-Fi, and its predecessor 802.11-1999. (Their successor 802.11g uses OFDM instead)
ZigBee / 802.15.4
Automatic meter reading
JR Spektrum RC DSM and DSM2 Radio Control Transmitters
IEEE 802.15.4
[edit] References
This article incorporates public domain material from the General Services Administration document "Federal Standard 1037C".
NTIA Manual of Regulations and Procedures for Federal Radio Frequency Management
[edit] See also
Frequency-hopping spread spectrum
Linear feedback shift register
[edit] External links
Civil Spread Spectrum History
Retrieved from "http://en.wikipedia.org/wiki/Direct-sequence_spread_spectrum"
頻技術(FHSS)及直接序列(DSSS)展頻技術
展頻技術主要分為「跳頻技術」及「直接序列」兩種方式。此兩種技術是在第二次世界大戰中軍隊所使用的技術，其目的是希望在惡劣的戰爭環境中，依然能保持通信信號的穩定性及保密性。展頻技術在無線區域網路的應用是依據FCC(Federal Communications Committee； 美國聯邦通訊委員會 )規定的ISM(Industrial Scientific, and Medical)，頻率範圍開放在 902M～ 928MHz及 2.4G～ 2.484GHz兩個頻段，所以並沒有所謂使用授權的限制。
一、跳頻技術 (FHSS)
跳頻技術 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz頻帶以1MHz的頻寬將其劃分為75-81個無線電頻率通道（Radio Frequency Channel；RFC），並且以使用接收和發送兩端一樣的頻率跳躍模式（Frequency Hopping）來接發訊號及防止資料擷取（跳躍頻率的最大時間間隔為250ms，也就是每秒跳頻至少4次）來。
二、直接序列展頻技術 (DSSS)
直接序列展頻技術 (Direct Sequence Spread Spectrum； DSSS)是將原本”0”與”1”的高功率、窄頻寬的位元訊號，透過虛擬隨機序列(Pseudo Random Sequence)和相位移轉技術（PSK；Phase Shift Keying），轉變成低功率、寬頻帶（在2.4Ghz頻帶，分以13個頻道，每個頻道頻寬為5MHz）的載波訊號，這些轉變後的載波訊號被稱為Spreading Chips，Chips數愈多可以增加資料安全性，愈低則增加使用者數目。一般普遍使用10-20 Chips。
三、FHSS vs DSSS調變差異
無線區域網路在性能和能力上的差異，主要是取決於所採用的是FHSS還是DSSS來實現、以及所採用的調變方式。然而，調變方式的選擇並不完全是隨意的，像FHSS並不強求某種特定的調變方式，而且，大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的高斯頻移鍵控(Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK)的調變方式。至於DSSS則通過使用可變相位調變如PSK、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)等， 可以得到最高的可靠性以及表現高數據速率性能 。
在抗噪聲能力方面，採用QPSK調變方式的DSSS與採用FSK調變方式的FHSS相比，可以發現這兩種不同技術的無線區域網路各自擁有的優勢。FHSS系統之所以選用FSK調變方式的原因是因為FHSS和FSK內在架構的簡單性，FSK無線訊號可使用非線性功率放大器，但這卻犧牲了傳輸距離和抗噪聲能力。而DSSS系統需要稍為貴一些的線性放大器，但卻可以獲得更多的回饋。
四、DSSS vs FHSS 孰優孰勝
由於FHSS在抗干擾性上（FHSS需不斷切換頻道，而DSSS則需等待所有Chips都接收完成後才轉換訊號），和使用材料彈性度上較為優良（FHSS可以使用線性或非線性材料當功率放大器、DSSS則只能使用線性材料），所以大多數廠商選擇以FHSS為出發。但由於FHSS在1Mhz的窄頻寬上無法傳遞大量的資料（傳輸率約為1-2Mbps）和必須提供高功率輸出才能維持較長傳輸距離，並且WLAN早期在市場規劃上，趨向應用於企業用戶而可以忽略因材料限制所可能引發的價格過高、和避開在家庭市場中易與其他無線傳輸間（Bluetooth、HomeRF）發生干擾等諸多問題，所以在接下的IEEE 802.11b中，廠商都以DSSS為設計範疇（傳輸率為11Mbps）。但近來WLAN因技術規格成熟而吸引大量廠商進入競爭所導致的價格下降，卻無意間促成WLAN重新走回家庭市場。這樣的結果，對於DSSS所容易造成的干擾問題，又成為廠商們最傷腦筋的事。
表1
表2 各主要無線網路廠商產品比較
目前全球無線區域網路的前4大公司為Lucent、Aironet(已被Cisco購併)、Symbol及Proxim。Symbol及Proxim的晶片組支援FHSS，而Lucent及Intersil則採用DSSS，其中使用Intersil晶片的公司除了友訊外，更包括了Aironet、Compaq、Nortel及Dell等大廠。而未來幾年無線區域網路的成長便是來自使用DSSS調變的802.11b產品，因此2001年4月初Proxim主要對無線區域網路晶片組供應商Intersil提出「Direct Sequence」專利的侵權告訴，但是目前Intersil的無線區域網路 晶片組在市場佔有率最高，影響所及，使用Intersil晶片組的廠商友訊及其他Intersil的客戶如3Com、思科等都被告，就個別產品來看，無線網路卡2000年銷售量為344.5萬片，較前一年成長了186%，主要的成長仍來自DSSS的產品，DSSS產品在2000年的銷售量達289.4萬片，較前一年大幅成長了368%，而在FHSS方面，則為551萬片，較前一年衰退6%。在Access Point(接入點，係指於媒體存取控制層中扮演無線工作站及有線區域網路的橋樑)方面，去年整體銷售量為516萬台，年成長率為189%，主要成長亦為DSSS，成長率為448%，而FHSS則持平。因此可看出FHSS的日漸式微，也可理解Proxim急欲打壓DSSS心態。
單就台灣廠商來看，根據工研院的資料顯示，2000年我國無線區域網路(包括無線網卡、Access Point 及橋接器)的產量為124萬台，較前一年成長了101.6%，產值則為39.78億台幣，較前一年成長了122%，呈現高度的成長。預估2001年我國無線區域網路的產量可達209萬台，成長68%，產值可達63.57億台幣，成長60%，2000年無線區域網路出貨量主要集中在中華電訊、正文、禾翔、智捷及環隆電氣，其中以FHSS為主的只有中華電訊，而環隆電氣替Lucent代工，因此使用Lucent的晶片組，其餘國內公司大都使用Intersil的晶片組。這次台灣廠商遭Proxim控告的公司除了友訊外尚包括了立碁公司，其他使用Intersil的公司雖未被控告但仍需小心防範Proxim的後續動作。
Contents[hide]
1 Features
2 Transmission method
3 Benefits
4 Uses
5 References
6 See also
7 External links
//
[edit] Features
It phase-modulates a sine wave pseudorandomly with a continuous string of pseudonoise (PN) code symbols called "chips", each of which has a much shorter duration than an information bit. That is, each information bit is modulated by a sequence of much faster chips. Therefore, the chip rate is much higher than the information signal bit rate.
It uses a signal structure in which the sequence of chips produced by the transmitter is known a priori by the receiver. The receiver can then use the same PN sequence to counteract the effect of the PN sequence on the received signal in order to reconstruct the information signal.
[edit] Transmission method
Direct-sequence spread-spectrum transmissions multiply the data being transmitted by a "noise" signal. This noise signal is a pseudorandom sequence of 1 and −1 values, at a frequency much higher than that of the original signal, thereby spreading the energy of the original signal into a much wider band.
The resulting signal resembles white noise, like an audio recording of "static". However, this noise-like signal can be used to exactly reconstruct the original data at the receiving end, by multiplying it by the same pseudorandom sequence (because 1 × 1 = 1, and −1 × −1 = 1). This process, known as "de-spreading", mathematically constitutes a correlation of the transmitted PN sequence with the PN sequence that the receiver believes the transmitter is using.
For de-spreading to work correctly, the transmit and receive sequences must be synchronized. This requires the receiver to synchronize its sequence with the transmitter's sequence via some sort of timing search process. However, this apparent drawback can be a significant benefit: if the sequences of multiple transmitters are synchronized with each other, the relative synchronizations the receiver must make between them can be used to determine relative timing, which, in turn, can be used to calculate the receiver's position if the transmitters' positions are known. This is the basis for many satellite navigation systems.
The resulting effect of enhancing signal to noise ratio on the channel is called process gain. This effect can be made larger by employing a longer PN sequence and more chips per bit, but physical devices used to generate the PN sequence impose practical limits on attainable processing gain.
If an undesired transmitter transmits on the same channel but with a different PN sequence (or no sequence at all), the de-spreading process results in no processing gain for that signal. This effect is the basis for the code division multiple access (CDMA) property of DSSS, which allows multiple transmitters to share the same channel within the limits of the cross-correlation properties of their PN sequences.
As this description suggests, a plot of the transmitted waveform has a roughly bell-shaped envelope centered on the carrier frequency, just like a normal AM transmission, except that the added noise causes the distribution to be much wider than that of an AM transmission.
In contrast, frequency-hopping spread spectrum pseudo-randomly re-tunes the carrier, instead of adding pseudo-random noise to the data, which results in a uniform frequency distribution whose width is determined by the output range of the pseudo-random number generator.
[edit] Benefits
Resistance to intended or unintended jamming
Sharing of a single channel among multiple users
Reduced signal/background-noise level hampers interception (stealth)
Determination of relative timing between transmitter and receiver
[edit] Uses
The United States GPS and European Galileo satellite navigation systems
DS-CDMA (Direct-Sequence Code Division Multiple Access) is a multiple access scheme based on DSSS, by spreading the signals from/to different users with different codes. It is the most widely used type of CDMA.
Cordless phones operating in the 900 MHz, 2.4 GHZ and 5.8 GHz bands
IEEE 802.11b 2.4 GHz Wi-Fi, and its predecessor 802.11-1999. (Their successor 802.11g uses OFDM instead)
ZigBee / 802.15.4
Automatic meter reading
JR Spektrum RC DSM and DSM2 Radio Control Transmitters
IEEE 802.15.4
[edit] References
This article incorporates public domain material from the General Services Administration document "Federal Standard 1037C".
NTIA Manual of Regulations and Procedures for Federal Radio Frequency Management
[edit] See also
Frequency-hopping spread spectrum
Linear feedback shift register
[edit] External links
Civil Spread Spectrum History
Retrieved from "http://en.wikipedia.org/wiki/Direct-sequence_spread_spectrum"
頻技術(FHSS)及直接序列(DSSS)展頻技術
展頻技術主要分為「跳頻技術」及「直接序列」兩種方式。此兩種技術是在第二次世界大戰中軍隊所使用的技術，其目的是希望在惡劣的戰爭環境中，依然能保持通信信號的穩定性及保密性。展頻技術在無線區域網路的應用是依據FCC(Federal Communications Committee； 美國聯邦通訊委員會 )規定的ISM(Industrial Scientific, and Medical)，頻率範圍開放在 902M～ 928MHz及 2.4G～ 2.484GHz兩個頻段，所以並沒有所謂使用授權的限制。
一、跳頻技術 (FHSS)
跳頻技術 (Frequency-Hopping Spread Spectrum； FHSS)是在2.4GHz頻帶以1MHz的頻寬將其劃分為75-81個無線電頻率通道（Radio Frequency Channel；RFC），並且以使用接收和發送兩端一樣的頻率跳躍模式（Frequency Hopping）來接發訊號及防止資料擷取（跳躍頻率的最大時間間隔為250ms，也就是每秒跳頻至少4次）來。
二、直接序列展頻技術 (DSSS)
直接序列展頻技術 (Direct Sequence Spread Spectrum； DSSS)是將原本”0”與”1”的高功率、窄頻寬的位元訊號，透過虛擬隨機序列(Pseudo Random Sequence)和相位移轉技術（PSK；Phase Shift Keying），轉變成低功率、寬頻帶（在2.4Ghz頻帶，分以13個頻道，每個頻道頻寬為5MHz）的載波訊號，這些轉變後的載波訊號被稱為Spreading Chips，Chips數愈多可以增加資料安全性，愈低則增加使用者數目。一般普遍使用10-20 Chips。
三、FHSS vs DSSS調變差異
無線區域網路在性能和能力上的差異，主要是取決於所採用的是FHSS還是DSSS來實現、以及所採用的調變方式。然而，調變方式的選擇並不完全是隨意的，像FHSS並不強求某種特定的調變方式，而且，大部分既有的FHSS都是使用某些不同形式的高斯頻移鍵控(Gaussian Frequency Shift Keying, GFSK)的調變方式。至於DSSS則通過使用可變相位調變如PSK、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)等， 可以得到最高的可靠性以及表現高數據速率性能 。
在抗噪聲能力方面，採用QPSK調變方式的DSSS與採用FSK調變方式的FHSS相比，可以發現這兩種不同技術的無線區域網路各自擁有的優勢。FHSS系統之所以選用FSK調變方式的原因是因為FHSS和FSK內在架構的簡單性，FSK無線訊號可使用非線性功率放大器，但這卻犧牲了傳輸距離和抗噪聲能力。而DSSS系統需要稍為貴一些的線性放大器，但卻可以獲得更多的回饋。
四、DSSS vs FHSS 孰優孰勝
由於FHSS在抗干擾性上（FHSS需不斷切換頻道，而DSSS則需等待所有Chips都接收完成後才轉換訊號），和使用材料彈性度上較為優良（FHSS可以使用線性或非線性材料當功率放大器、DSSS則只能使用線性材料），所以大多數廠商選擇以FHSS為出發。但由於FHSS在1Mhz的窄頻寬上無法傳遞大量的資料（傳輸率約為1-2Mbps）和必須提供高功率輸出才能維持較長傳輸距離，並且WLAN早期在市場規劃上，趨向應用於企業用戶而可以忽略因材料限制所可能引發的價格過高、和避開在家庭市場中易與其他無線傳輸間（Bluetooth、HomeRF）發生干擾等諸多問題，所以在接下的IEEE 802.11b中，廠商都以DSSS為設計範疇（傳輸率為11Mbps）。但近來WLAN因技術規格成熟而吸引大量廠商進入競爭所導致的價格下降，卻無意間促成WLAN重新走回家庭市場。這樣的結果，對於DSSS所容易造成的干擾問題，又成為廠商們最傷腦筋的事。
表1
表2 各主要無線網路廠商產品比較
目前全球無線區域網路的前4大公司為Lucent、Aironet(已被Cisco購併)、Symbol及Proxim。Symbol及Proxim的晶片組支援FHSS，而Lucent及Intersil則採用DSSS，其中使用Intersil晶片的公司除了友訊外，更包括了Aironet、Compaq、Nortel及Dell等大廠。而未來幾年無線區域網路的成長便是來自使用DSSS調變的802.11b產品，因此2001年4月初Proxim主要對無線區域網路晶片組供應商Intersil提出「Direct Sequence」專利的侵權告訴，但是目前Intersil的無線區域網路 晶片組在市場佔有率最高，影響所及，使用Intersil晶片組的廠商友訊及其他Intersil的客戶如3Com、思科等都被告，就個別產品來看，無線網路卡2000年銷售量為344.5萬片，較前一年成長了186%，主要的成長仍來自DSSS的產品，DSSS產品在2000年的銷售量達289.4萬片，較前一年大幅成長了368%，而在FHSS方面，則為551萬片，較前一年衰退6%。在Access Point(接入點，係指於媒體存取控制層中扮演無線工作站及有線區域網路的橋樑)方面，去年整體銷售量為516萬台，年成長率為189%，主要成長亦為DSSS，成長率為448%，而FHSS則持平。因此可看出FHSS的日漸式微，也可理解Proxim急欲打壓DSSS心態。
單就台灣廠商來看，根據工研院的資料顯示，2000年我國無線區域網路(包括無線網卡、Access Point 及橋接器)的產量為124萬台，較前一年成長了101.6%，產值則為39.78億台幣，較前一年成長了122%，呈現高度的成長。預估2001年我國無線區域網路的產量可達209萬台，成長68%，產值可達63.57億台幣，成長60%，2000年無線區域網路出貨量主要集中在中華電訊、正文、禾翔、智捷及環隆電氣，其中以FHSS為主的只有中華電訊，而環隆電氣替Lucent代工，因此使用Lucent的晶片組，其餘國內公司大都使用Intersil的晶片組。這次台灣廠商遭Proxim控告的公司除了友訊外尚包括了立碁公司，其他使用Intersil的公司雖未被控告但仍需小心防範Proxim的後續動作。
Chirp spread spectrum introduction
From Wikipedia, the free encyclopedia
Jump to: navigation, search
Chirp spread spectrum (CSS) is a spread spectrum technique that uses wideband linear frequency modulated chirp pulses to encode information.[1] A chirp is a sinusoidal signal whose frequency increases or decreases over a certain amount of time. Below is an example of an upchirp - as you can see, the frequency increases linearly over time.
A linear frequency modulated upchirp in the time domain
Contents[hide]
1 Overview
2 Uses
3 References
4 See also
5 External links
//
[edit] Overview
As with other spread spectrum methods, Chirp Spread Spectrum uses its entire allocated bandwidth to broadcast a signal, making it robust to channel noise. Further, because the chirps utilize a broad band of the spectrum, Chirp Spread Spectrum is also resistant to multi-path fading even when operating at very low power. However, it is unlike direct-sequence spread spectrum (DSSS) or frequency-hopping spread spectrum (FHSS) in that it does not add any pseudo-random elements to the signal to help distinguish it from noise on the channel, instead relying on the linear nature of the chirp pulse. Additionally, Chirp Spread Spectrum is resistant to the Doppler effect, which is typical in mobile radio applications.[2]
[edit] Uses
Chirp Spread Spectrum was originally designed to compete with ultra-wideband for precision ranging and low-rate wireless networks in the 2.45 GHz band. However, since the release of IEEE 802.15.4a (also known as IEEE 802.15.4a-2007), it is no longer actively being considered by the IEEE for standardization in the area of precision ranging. Currently, Nanotron Technologies, which produces real-time location devices and was the primary force behind getting CSS added to IEEE 802.15.4a, is the only seller of wireless devices using CSS.[citation needed] In particular, their primary product, the nanoLOC TRX transceiver, uses CSS and is marketed as a network device with real-time location and RFID abilities.[3] Some areas where this type of technology can be useful are medical applications, logistics (i.e. containers need to be tracked), and government/security applications. Nanotron even tested the TRX Transceiver for industrial monitoring and control in a steel mill and it survived when the computer and display that were interfacing with it failed because of the heat.[4]
Chirp Spread Spectrum is ideal for applications requiring low power usage and needing relatively low amounts of bandwidth (1 Mbit/s or less). In particular, IEEE 802.15.4a specifies CSS as a technique for use in Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPAN). However, whereas IEEE 802.15.4-2006 standard specifies that WPANs encompass an area of 10 m or less, IEEE 802.15.4a-2007, specifies CSS as a physical layer to be used when longer ranges and devices moving at high speeds are part of your network. Nanotron's CSS implementation was actually seen to work at a range of 570 meters between devices.[5] Further, Nanotron's implementation can work at data rates of up to 2 Mbit/s - higher than specified in 802.15.4a.[6] Finally, the IEEE 802.15.4a PHY standard actually mixes CSS encoding techniques with Differential Phase Shift Keying Modulation (DPSK) to achieve better data rates.
Chirp Spread Spectrum may also be used in the future for military applications as it is very difficult to detect and intercept when operating at low power.[7]
[edit] References
^ IEEE Computer Society, (August 31, 2007). IEEE Standard 802.15.4a-2007. New York, NY: IEEE.
^ Berni, A. J., & Gregg, W. D. (June 1973). On the utility of chirp modulation for digital signaling, IEEE Transactions on Communications. Volume COM-21, 748-751.
^ Nanotron's nanoLOC TRX Transceiver, Nanotron marketing
^ [www.autoid.org/SC31/wg5/06/WG5_200603_010_InfoCSS.ppt], Nanotron Steel Mill Sensor Test: slide 20
^ [www.autoid.org/SC31/wg5/06/WG5_200603_010_InfoCSS.ppt], Nanotron Mine Test: slide 22
^ Nanotron Technologies, (2007). nanoNET chirp based wireless networks. Retrieved from http://www.nanotron.com/EN/docs/WP/WP_CSS.pdf
^ The Revenge of Chirp Spread Spectrum, Military applications
[edit] See also
Real time locating
Zigbee
Ultra-wideband
Bluetooth
Spectral efficiency comparison table
IEEE 802.11
IEEE 802.15.4
IEEE 802.15.4a
IEEE 802.16
IEEE 802.20
IEEE 802.22
[edit] External links
Download the 802.15 standards from IEEE
IEEE 802.15 WPAN Low Rate Alternative PHY Task Group 4a (TG4a)
Nanotron Technologies Frequently asked Questions page
Nanotron Chirp Spread Spectrum page
Nanotron nanoNET Chirp Based Wireless Networks
about coexistence of IEEE 802.15.4aCSS with IEEE 802.11b/g (2.45GHz WLAN)
Retrieved from "http://en.wikipedia.org/wiki/Chirp_spread_spectrum"
Jump to: navigation, search
Chirp spread spectrum (CSS) is a spread spectrum technique that uses wideband linear frequency modulated chirp pulses to encode information.[1] A chirp is a sinusoidal signal whose frequency increases or decreases over a certain amount of time. Below is an example of an upchirp - as you can see, the frequency increases linearly over time.
A linear frequency modulated upchirp in the time domain
Contents[hide]
1 Overview
2 Uses
3 References
4 See also
5 External links
//
[edit] Overview
As with other spread spectrum methods, Chirp Spread Spectrum uses its entire allocated bandwidth to broadcast a signal, making it robust to channel noise. Further, because the chirps utilize a broad band of the spectrum, Chirp Spread Spectrum is also resistant to multi-path fading even when operating at very low power. However, it is unlike direct-sequence spread spectrum (DSSS) or frequency-hopping spread spectrum (FHSS) in that it does not add any pseudo-random elements to the signal to help distinguish it from noise on the channel, instead relying on the linear nature of the chirp pulse. Additionally, Chirp Spread Spectrum is resistant to the Doppler effect, which is typical in mobile radio applications.[2]
[edit] Uses
Chirp Spread Spectrum was originally designed to compete with ultra-wideband for precision ranging and low-rate wireless networks in the 2.45 GHz band. However, since the release of IEEE 802.15.4a (also known as IEEE 802.15.4a-2007), it is no longer actively being considered by the IEEE for standardization in the area of precision ranging. Currently, Nanotron Technologies, which produces real-time location devices and was the primary force behind getting CSS added to IEEE 802.15.4a, is the only seller of wireless devices using CSS.[citation needed] In particular, their primary product, the nanoLOC TRX transceiver, uses CSS and is marketed as a network device with real-time location and RFID abilities.[3] Some areas where this type of technology can be useful are medical applications, logistics (i.e. containers need to be tracked), and government/security applications. Nanotron even tested the TRX Transceiver for industrial monitoring and control in a steel mill and it survived when the computer and display that were interfacing with it failed because of the heat.[4]
Chirp Spread Spectrum is ideal for applications requiring low power usage and needing relatively low amounts of bandwidth (1 Mbit/s or less). In particular, IEEE 802.15.4a specifies CSS as a technique for use in Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPAN). However, whereas IEEE 802.15.4-2006 standard specifies that WPANs encompass an area of 10 m or less, IEEE 802.15.4a-2007, specifies CSS as a physical layer to be used when longer ranges and devices moving at high speeds are part of your network. Nanotron's CSS implementation was actually seen to work at a range of 570 meters between devices.[5] Further, Nanotron's implementation can work at data rates of up to 2 Mbit/s - higher than specified in 802.15.4a.[6] Finally, the IEEE 802.15.4a PHY standard actually mixes CSS encoding techniques with Differential Phase Shift Keying Modulation (DPSK) to achieve better data rates.
Chirp Spread Spectrum may also be used in the future for military applications as it is very difficult to detect and intercept when operating at low power.[7]
[edit] References
^ IEEE Computer Society, (August 31, 2007). IEEE Standard 802.15.4a-2007. New York, NY: IEEE.
^ Berni, A. J., & Gregg, W. D. (June 1973). On the utility of chirp modulation for digital signaling, IEEE Transactions on Communications. Volume COM-21, 748-751.
^ Nanotron's nanoLOC TRX Transceiver, Nanotron marketing
^ [www.autoid.org/SC31/wg5/06/WG5_200603_010_InfoCSS.ppt], Nanotron Steel Mill Sensor Test: slide 20
^ [www.autoid.org/SC31/wg5/06/WG5_200603_010_InfoCSS.ppt], Nanotron Mine Test: slide 22
^ Nanotron Technologies, (2007). nanoNET chirp based wireless networks. Retrieved from http://www.nanotron.com/EN/docs/WP/WP_CSS.pdf
^ The Revenge of Chirp Spread Spectrum, Military applications
[edit] See also
Real time locating
Zigbee
Ultra-wideband
Bluetooth
Spectral efficiency comparison table
IEEE 802.11
IEEE 802.15.4
IEEE 802.15.4a
IEEE 802.16
IEEE 802.20
IEEE 802.22
[edit] External links
Download the 802.15 standards from IEEE
IEEE 802.15 WPAN Low Rate Alternative PHY Task Group 4a (TG4a)
Nanotron Technologies Frequently asked Questions page
Nanotron Chirp Spread Spectrum page
Nanotron nanoNET Chirp Based Wireless Networks
about coexistence of IEEE 802.15.4aCSS with IEEE 802.11b/g (2.45GHz WLAN)
Retrieved from "http://en.wikipedia.org/wiki/Chirp_spread_spectrum"
2009年6月15日 星期一
2009年6月14日 星期日
2009年6月11日 星期四
2009年6月10日 星期三
GPS information-20090610
全球定位系統
全球定位系統（Global Positioning System，通常簡稱GPS）是一個中距離圓型軌道衛星導航系統。它可以為地球表面絕大部分地區（98%）提供準確的定位、測速和高精度的時間標準。系統由美國國防部研製和維護，可滿足位於全球任何地方或近地空間的軍事用戶連續精確的確定三維位置、三維運動和時間的需要。該系統包括太空中的24顆GPS衛星；地面上的1個主控站、3個數據注入站和5個監測站及作為用戶端的GPS接收機。最少只需其中3顆衛星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔高度；所能收聯接到的衛星數越多，解碼出來的位置就越精確。
該系統是由美國政府于20世紀70年代開始進行研製於1994年全面建成。使用者只需擁有GPS接收機，無需另外付費。GPS信號分為民用的標準定位服務（SPS，Standard Positioning Service)和軍規的精確定位服務（PPS，Precise Positioning Service)兩類。由於SPS無須任何授權即可任意使用，原本美國因為擔心敵對國家或組織會利用SPS對美國發動攻擊，故在民用訊號中人為地加入誤差以降低其精確度，使其最終定位精確度大概在100米左右；軍規的精度在十米以下。2000年以後，柯林頓政府決定取消對民用訊號的干擾。因此，現在民用GPS也可以達到十米左右的定位精度。
GPS系統擁有如下多種優點：全天候，不受任何天氣的影響；全球覆蓋（高達98%）；三維定速定時高精度；快速、省時、高效率；應用廣泛、多功能；可移動定位；不同於雙星定位系統，使用過程中接收機不需要發出任何信號增加了隱蔽性，提高了其軍事應用效能。
全 球 衛 星 定 位 系 統Global Positioning System,GPS 是由美國政府所發展，整個系統約分成下列三個部份：1.太空衛星部份：由 24 顆繞極衛星所組成，分成六個軌道，運行於約 20200 公里的高空，繞行地球一周約12小時。每個衛星均持續著發射載 有衛星軌道資料及時間的無線電波，提供地球上的各種接收機來應用。2.地面管制部份：這是為了追蹤及控制上述衛星運轉，所設置的地面 管制站，主要工作為負責修正與維護每個衛星能保持正常運轉的各項參 數資料，以確保每個衛星都能提供正確的訊息給使用者接收機來接收。3.使用者接收機：追蹤所有的 GPS衛星，並即時地計算出接收機所在 位置的座標、移動速度及時間，GARMIN GPS 即屬於此部份。
我們一般民間所能擁有及應用的，就是第三部份。計算原理為 ： 每個太空衛星在運行時，任一時刻都有一個座標值來代表其位置所在(已知值)，接收機所在的位置座標為未知值，而太空衛星的訊息在傳送過程中，所需耗費的時間，可經由比對衛星時鐘與接收機內的時鐘計算之，將此時間差值乘以電波傳送速度(一般定為光速)，就可計算出太空衛星與使用者接收機間的距離，如此就可依三角向量關係來列出一個相關的方程式。
一般我們使用的接收機就是依上述原理來計算出所在位置的座標資料，每接收到一顆衛星就可列出一個相關的方程式，因此在至少收到三衛星後，即可計算出平面座標(經緯度)值，收到四顆則加上高程值，五顆以上更可提高準確度，這就是 GPS 的基本定位原理。一般來說，使用者接收機每一秒鐘的座標資料都是最新的，也就是說接收機會自動不斷地接收衛星訊息，並即時地計算其所在位置的座標資料，如此使用者便不需擔心是否接收機顯示的資料太舊或是不準確了。
由於衛星是處在相當高的運行軌道上，其傳送的訊號是相當的微弱，因此它不像一般通訊無線電或大哥大等可在室內使用或收到訊號，在使用時需注意下列事項：1.需在室外及天空開闊度較佳之地方才能使用，否則若大部份之衛星信號被建築物、金屬遮蓋物、濃密樹林等所阻擋，接收機將無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之座標。 2.請勿在具 1.57 GHz 左右之強電波環境下使用，因此環境易將衛星訊號遮蓋掉，造成接收機無法獲得足夠的衛星訊息來計算出所在位置之座標，尤其是高壓電塔下方。3.單純 GPS 所計算出的高程值，並非是我們一般所說的海拔高度及氣壓計量測的飛行高度，原因在於所使用的海平面基準點不同，因此在使用時請務必注意此點。
GPS 的基本應用就是導航與定位，定位方面在上文已描述過，而導航方面就是利用所求出的定位資料來計算。接收機所計算出的任何時刻座標資料，在GPS 裏我們都稱為一個航點(WAYPOINT)，也就是說每個航點所表示的就是一個座標值，比較重要的航點，我們就可以把它儲存在接收機內，並編上一個名字，讓我們可以辨別。 由於在地球表面上的任何位置，都以不同的座標值來表示，因此只要知道兩個不同航點的座標資料，接收機就可馬上計算出兩個航點間的直線距離、相對方位及航行速度，這就是 GPS 接收機導航資料的來源。 例如：目前我們在基隆港，希望往北行駛，第一個目的地是釣魚台，第二個目的地是琉球為終站；從起點至終點，每站就都是一個航點，航點與航點間的行程稱為航段(LEG)，從起點依序經過各點至終點琉球等，整個行程我們稱之為一條航線或是一條路徑(ROUTE)，圖示如下：
(航點)
基隆港
航段
→
(航點)
釣魚台
航段
→
(航點)
琉球
全程稱為：Route
我們只要事先將各點的座標資料(利用地圖或查詢相關資料)輸入GPS 接收機內，我們就可建立許多航點資料，要使用時候將其叫出，利用 GPS 接收機的導航功能做各航段間的導航。而當進行導航時，為使我們的行進方向不致於偏移太多，有些 GPS 提供了航線寬度─ CDI的設定功能，只要我們行進時偏離我們所設定的航線寬度限制，GPS 就會自動提示我們，這就是CDI的作用。由此可知，要利用 GPS 做導航功能，最基本的就是先建立航點的資料，然後儲存在接收機內，如此不管是要做航點與航點間的導航，或是要編輯一條航線，就可直接利用記憶體內的航點資料了，也可以說〞航點〞是GPS 接收機導航功能所需最基本的資料了。
2009年6月8日 星期一
超寬頻技術的展望
超寬頻技術的展望
新通訊 2004 年 5 月號 39 期
文．Charles Razzell
超寬頻技術的發展模式類似展頻無線電-有一段很長的時間被歸類為軍事技術，但如今極有可能擴展至一般消費性產品領域...
超寬頻技術的發展模式類似展頻無線電-有一段很長的時間被歸類為軍事技術，但如今極有可能擴展至一般消費性產品領域。根據最新的美國聯邦通訊委員會 (FCC)的定義，超寬頻(UWB)系統的中心頻率大於2.5GHz，並具備至少500MHz的-10dB頻寬。頻率較低的UWB系統必須具備至少20% 的頻寬比(fractional bandwidth)。這些特性讓UWB明顯異於傳統的無線電系統，以往的無線電系統的頻寬比不會超過1%或20MHz，例如像2.4 GHz的IEEE 802.11無線區域網路。
UWB的歷史可回溯至60年代，當時發展的主軸為研究微波網路在面對時域脈衝所產生的瞬間行為。在Harmuth、Ross、以及Robbins等研發先鋒的努力下，UWB技術在70年代有重大的發展，其中大部份集中在雷達系統，包括穿地雷達系統。到80年代後期，該技術開始被稱為無載波或脈衝無線電。美國國防部在1989年首次使用「超頻寬」這個名詞，在當時UWB的理論與技術已經發展將近30年之久。自從1994年開始，美國大部份的UWB研發工作都是在沒有分類限制的狀況下進行。這種情況大幅加快研發的速度，業界對其商業化發展的興趣亦大幅提高。
其中有2項發展激發商業界對這項技術的興趣，包括UWB系統可以與其它使用較高頻譜密度的通訊系統並存，而且不會對其它系統產生干擾；另外FCC於 2002年2月14日發佈的02-48號報告與規範，定義各項並存規則，其中包括針對各種類型的UWB裝置制定電波發射限制。這套法律架構針對各種專利型 UWB裝置立即開拓市場商機，長期而言，市場對標準型產品也有更強烈的興趣。
由於UWB種類眾多，因此潛在的用途也相當廣泛。其中包括無線區域網路(WLAN)、個人區域網路(PAN)、短距離雷達(例如汽車感測器、防撞系統、智慧型高速公路感測系統、液態物體水位偵測系統)、穿地雷達、以及應用在醫療監視與運動員訓練等領域的人體區域網路。
本文主要討論UWB的連結應用，由於FCC對UWB設定功率頻譜密度的限制，因此早期的發展主要集中在傳輸距離約10公尺的無線PAN，其資料傳輸速度為 110Mbps至480Mbps。如此高速的傳輸能力可輕易讓客廳中的娛樂系統(例如DVD、衛星/有線電視的視訊轉換器、電視螢幕、以及環繞立體聲音響)建立起多媒體傳輸的管道。
此外，我們可輕易預見到包括數位相機、掃描器、印表機、攝錄影機、以及MP3播放器等裝置，未來將能與消費性PC建立無線連結，讓配備有線型USB2.0 或IEEE 1394介面的裝置擴增其應用價值，也許有一天會讓有線連結技術完全被淘汰。多個房間的應用模式亦是可能發生的場景之一，未來可能會運用多重轉接站的技術來克服10公尺的距離限制。
UWB的調變範圍超過20%的頻寬比或500MHz，因此目前許多訊號產生機制就屬於UWB。包括直接序列展頻、極窄型脈衝(也稱為脈衝無線電)、正交分頻多工(OFDM)。以上這些機制亦可以結合跳頻技術進一步擴大頻譜範圍，進一步掌握訊號處理的需求。所有這些技術的衍生版本都是根據IEEE 802.15.3a的無線個人區域網路實體層標準作為基礎。
直接序列UWB
產生UWB訊號的一種方式就是透過展頻訊號碼傳遞資訊位元，這種系統被視為CDMA(分碼多工存取)的極端型式。802.15.3a其中一項提案就是使用長度為24的三元碼( ±1, 0)字元，將資料在1.368GHz的晶片速度下進行展頻。32碼的字元被切分成4組8碼字元，讓4組piconet能同時運作。每個piconet的8 碼字元能設定成正極性或負極性，建構出16字元的字元集，或是每個字元有4個位元來搭配雙相位調變機制。長度為24字元的序列在piconet之間提供約 14dB的隔離效果。
IEEE在這個提案中每個晶片的脈衝波型為傳統的根升餘弦曲線。以往研發業者在序列中的每個晶片中採用一組窄波段單脈衝來描述系統，故能達到更大的能量分佈效果。
OFDM UWB
正交分頻多工技術被應用在許多寬頻通訊系統，這類具備多重頻道的系統需要極高的資料傳輸速度。最顯著的例子就是IEEE 802.11a無線區域網路標準，802.11a佔用16.6MHz的頻寬，每一百萬分之4秒傳送48組承載資訊的獨立字元(symbol)。在10公尺傳輸距離下，UWB頻道在最壞狀況的r.m.s.延遲為25ns，遠低於無線區域網路的150ns至200ns。這讓字元週期能大幅縮短，因此不必大幅提高FFT高速傅立葉轉換的參數就能提供500MHz的傳輸頻寬。
另一項IEEE 802.15.3a提議就是採用128組長度242.4ns的OFDM字元來使用528MHz的傳輸頻寬。之後再套用一套跳頻機制，讓所有佔用頻寬提高3 倍，增加至1.6GHz。週期前置字元(cyclic prefix)會增加60.6ns的作業時間以及9.5ns的保護時間，讓每個頻率的總間隔時間(dwell time)變成312.5ns，每個子載波採用的調變機制為QPSK。這種機制的頻譜如圖1所示。
選擇適合的字元長度運用OFDM機制，能讓UWB無線PAN達到預期的多重頻道傳輸效能。然而，運用3頻道跳頻機制所得到的頻寬擴充幅度，可能無法為同一個實體位置中多個未經協調的piconet網路提供足夠的隔離效果，無法有效達到頻譜分配的目標。要改進這方面的缺點，跳頻模式的頻率數量必須提高。
脈衝無線電UWB
脈衝無線電系統使用一連串的短脈衝來建構單一基本脈衝波型。脈衝短波長度為0.2ns至1ns，脈衝重複間隔可至25ns至1ms。這種模式讓每個脈衝之間出現較長的無訊號狀態，讓每個頻道脈衝反應能逐漸衰減至零，並將字元間干擾降至可忽略的程度，因此不需要使用等化器。有許多不同的方法可用來調變傳遞資料的脈衝訊號，這些方法有其中一項顯著的共同點，就是脈衝列(pulse train)不必轉換成較高的載波頻率然後再進行傳輸；因此這種模式使用「無載波」無線電機制。
調變技術包括脈衝位置調變與各種脈衝振幅調變，其中包括開關鍵控以及極性鍵控。這些過程會採用各種脈衝波型，其中包括高斯脈衝的第1導函數與第2導函數，如圖2所示。當頻譜必須相當接近特定的頻譜才能配合法律規範時，就需要達到更複雜的脈衝波型。
在脈衝無線電機制方面要考量的一項重點，就是若接收器使用的是分散的能量(dispersed energy)，頻道脈衝反應就需要相當長的匹配過濾器。
這類長型匹配過濾器以及頻道預測機制的成本與複雜度，需要設定適當的tap加權參數，但這樣一來就違背脈衝無線電技術原先要簡化處理流程的本意。
多頻帶UWB(跳頻)
在數Giga Hertz的頻譜上直接建立UWB訊號所衍生的各種建置問題，可以執行一套2階段的步驟加以解決，首先建立一套佔用500MHz頻寬的調變機制，其次針對訊號套用跳頻技術得到最終的傳輸頻寬。上述所有調變機制都可再套用跳頻機制來擴增頻寬。這種模式成為業界所稱的多頻帶UWB，最近更獲得許多著名廠商的支持，可參考www.uwbmultiband.org。
總結而言，跳頻序列應事先決定，且每個piconet都採用不同的設定。這種作法讓多組piconet能使用相同的頻譜，且能限制碰撞的次數。相反地，若多組並存的piconet不需要以跳頻來改變次序，則可用來轉換調變資訊(雖然這種模式在每個頻帶需要多組平行的接收器)圖3。
多頻帶模式的重點包括擴充性與彈性。其利益可歸納如下:
‧規範上的彈性(符合FCC在發射方面的規範以及地域和未來政府單位所制定的法規限制)
‧抗干擾性(例如，能彈性地避免802.11a所使用的頻帶)如圖4所示。
‧在成本與功耗上的可調整性。實際能力與使用次頻帶的數量以及啟用次頻帶的數量有關。
UWB與標準化在美國的進展
第一個被排除的主要障礙為美國聯邦通訊委員會解除UWB傳輸在某些方面的限制。頻譜發射上的解禁尤其對高速PAN應用的發展特別有利，這類應用涉及影像與多媒體，並已透過IEEE工作小組制定的802.15.3a規格所標準化。工作小組已在2002年12月11日接獲IEEE標準委員會的核准，認定新標準符合5項審核準則，例如廣泛的市場發展潛力、相容性、明確的定位(代表它涵蓋其它標準所沒有具備的獨特基礎)、技術上的可行性、以及經濟上的可行性。 TG3a計畫的時間藍圖已確定，約有20家廠商於2003年3月於達拉斯提出實體層方案。更新版的實體層方案在5月的802.15.3a會議中提出，並將在今年7月於舊金山舉行的IEEE會議中進行決選。如此緊湊的標準化時程反映出下一波支援高速無線功能的數位多媒體消費性裝置，的確潛藏著極可觀的市場商機。
儘管在無法預測的一段時間內，標準化程序是決定消費者是否會採納UWB技術作為家庭多媒體連線機制的關鍵因素。但彼此未經協調的UWB piconet之間是否能並存運作同樣也會產生決定性的影響。面臨這種環境加上包括Philips在內各大廠商的投入，業界有相當大的動力去找尋一套方法，以能夠吸引最終使用者的價位推出標準化的產品。
(本文作者為Philips通訊事業群系統架構部門經理)
直接序列超寬頻技術的低功耗、高速、可擴充特性分析
儘管直接序列超寬頻(DS-UWB)技術還沒有完全投入實際應用，但其固有的優越性能已經得到業界的關注，該技術具有良好的可擴充性、低功耗特性、高速數據傳輸能力以及距離特性，適合於室內多媒體分佈應用和手持無線數據傳輸應用。本文詳細介紹了DS-UWB技術的這些性能特點。
直接序列超寬頻(DS-UWB)技術目前處於IEEE 802.15.3a任務組的標準化考慮之中。這種技術充分利用超寬頻(UWB)技術的固有優勢，以提供比其它方法更卓越的性能和可擴充性。
DS-UWB的實體層(PHY)已經過仔細設計，可以支援正開發中的UWB標準將提供的關鍵應用。這些關鍵應用可以分成兩個有明顯不同要求的類，即無線室內視訊分佈應用和手持應用。無線室內視訊分佈應用的特點是要求高數據速率、支援多用戶、性能穩定，沒有嚴格的低功耗要求。相較之下，手持應用類對低成本和低功耗的要求很嚴格，而且還需要可擴展到極高數據速率(1Gbps以上)的擴展能力。S-UWB實體層提案已提交給IEEE，它將使15.3a標準UWB設備既提供高性能，又能提供高速率手持應用所需的低功耗/成本的可擴展特性。
在2002年2月，美國聯邦通訊委員會(FCC)為新一類基於超寬頻技術的免許可證無線設備打開大門。新規則專門用來鼓勵開發能充分利用超寬頻技術固有優勢的UWB設備，以現實短距離高速無線聯網、精確測距和定位等應用。FCC允許這些設備使用現有無線服務所佔的頻帶，但是要在極其低的功率水準下執行，以避免出現任何有干擾。
使高速數據傳輸成為可能
如上所述，DS-UWB提案的設計目的是滿足更大範圍的無線應用需求，包括無線室內音訊/視訊分散式和行動/手持應用。為在這些應用中提供有效的可擴展性，必須既利用RF多徑環境的自然可擴展性，又要利用真正UWB設計本身優勢。
也許UWB應用最艱難的設計挑戰是設計一個可以擴展的系統，支援的速率能擴展到1Gbps以上，同時仍可以獲得一個極低功耗的實現方案。為滿足高速、低功耗設計要求，DS-UWB技術的設計曾經非常依賴於非常簡單的二進制移相鍵控(即BPSK)調變技術，以及採用適度的前向糾錯技術。
這種簡單的BPSK調變採用非常短(小於1ns)的寬頻脈衝，使得DS-UWB無線發射器極其簡單。它完全不需要產生較多功耗的快速傅立葉變換或高速DAC(像某些窄頻方法那樣)，因而使設備在幾公尺範圍內的發射數據速率達到1Gbps以上，而發射功耗卻非常低。這個速度對於需要支援高速數據傳輸的多媒體播放器和其它電池供電的手持式消費電子設備是必需的。例如，一個手持式多媒體播放器傳輸一個500MB的電影文件，如果相應的無線鏈接可以提供1Gbps以上的數據傳輸速率，那麼這樣一個無線文件傳輸可以在幾秒內完成。
低功耗和可擴充性
對許多採用傳統窄頻技術的無線設備來說，比如OFDM，通常需要相當複雜的接收器設計，以便用高速的快速傅立葉變換(FFT)完成解調，並用強大的前向糾錯解碼來補償嚴重的多徑衰減(20dB或更高)。這些處理模組所需的複雜設計可能要增加上萬個邏輯閘，而且會使功耗大幅上升。DS-UWB方法避免了這些複雜設計，它利用了UWB技術固有的優勢。因為對超寬頻訊號而言，接收的訊號功率只會有微小的波動(僅幾個dB)，所以DS-UWB接收器可以使用相對簡單的FEC解碼器(其複雜度只是其它方法的一半)。事實上，距離較近時，DS-UWB系統甚至可以完全不需要FEC，這樣就可以消除FEC解碼器，而且大幅降低了接收器的功耗。
DS-UWB方法的另一個關鍵優勢就是它利用了該應用和本地無線電環境的自然擴充特性來降低接收器的複雜度。對許多UWB應用來說，比如說需要100Mbps以下速率的串流視訊和多媒體，該DS-UWB接收器可以在較低的速率下完成其全部處理任務。例如，兼有多徑訊號能量的處理可以按照DS-UWB應用的數據速率成比例地減慢執行。對於像OFDM等其它方法，無線接收器總是不得不執行在高速率下(例如640Mbps)，隨後把多個原始數據位元結合在一起以便獲得可靠低速的數據模式。因而對手持應用來說，DS-UWB方法的接收器在較低速率下功耗要低很多，而且具有無可比擬的距離特性(range performance)。
為了使DS-UWB接收器在不需要過多處理功耗條件下達到超高數據速率，類似的可擴展特性也是必需的。對於需要極高速率(例如1Gbps以上)進行快速文件傳輸的應用來說，所需的工作距離僅僅幾公尺而已。在這樣的環境下，多徑問題並不嚴重，因而DS-UWB接收器可以簡化其訊號處理。圖1表示多徑條件作為距離的一個函數是如何變化的，透過自適應這種變化條件，可以實現靈活的無線電設計來降低功耗和複雜度。例如，接收器梳狀濾波器所用的多徑選通器的數目可以減少，而且在某些情況下FEC甚至可以關掉。所有這些靈活性使DS-UWB接收器可以提供非常高的數據速率，同時降低處理功耗。
對於高速數據傳輸任務來說，採用如OFDM之類的其它窄頻方法需要使用更複雜、更高功耗的處理來實現相同數據速率。複雜的方法，比如說同時採用多個OFDM頻帶或多傳輸/接收訊號處理鏈，有可能使一個無線接收器的複雜度倍增，同時大幅增加了功耗。儘管窄頻方法(500MHz或以下的瞬時頻寬)還可以切換到較低效率的更高階調變(比如QAM)以提高數據速率，但這又會使功耗和複雜度增加，同時還會降低傳輸距離。
作者： Matt Welborn
無線系統設計師
Freescale半導體公司
消費性電子是超寬頻技術的未來應用
■ 消費性電子是超寬頻技術的未來應用
對於超寬頻（Ultra WideBand；UWB）發展業者來說，2006年或許將是一個大轉折．根據從晶片廠商得到的資料顯示，超寬頻短距離傳輸技術預計將從2006年起，將廣泛的應用在消費性電子產品中．由於超寬頻無論在傳輸速度上，或者資料容量上都超越目前的藍芽，因此可望提升用戶無線下載影音內容的使用率．
舉例來說，目前MP3播放機下載MP3音樂檔案都是透過個人電腦下載至電腦硬碟之後，在透過USB傳輸至MP3播放機之上．未來內建超寬頻無線技術的MP3播放機，將能夠過此技術直接以無線寬頻下載MP3音樂檔案．
根據目前業者指出，2005年中起，已經陸續有超寬頻晶片廠商開始提供樣品給消費性電子廠商，目標就是為了能夠趕上2005年底的耶誕旺季之前，能夠應用在不同的數位消費性電子產品當中．
初期內建超寬頻產品的裝置將是轉接器（Adapter）．其可用來連結視訊機上盒（STB）與薄型平面電視、或是連結數位相機與筆記型電腦。在家庭之中，達到真正寬頻無線連結的目的．
超寬頻與藍芽都只能在30尺以內的距離傳送，然超寬頻的傳輸速度卻較藍芽快上100倍，已具有足夠頻寬來傳送高解析電視影像，加上該項技術不會干擾其它無線訊號，因此一直被市場看好．不過近年來因為兩陣營僵持不下的「標準戰爭」，使得時機一直往後延，甚至一段時間大家都不再看好其未來．
不過，根據許多研究機構的觀察發現，超寬頻技術將從2006年起慢慢應用轉接器與其他消費性電子產品，甚至預測2007年將進入行動裝置領域，例如高階手機、MP3播放機與數位攝錄影機等等，而且最終將應用在數位電視市場，並成為數位家庭寬頻不可缺少的無線技術之一．
圖一 超寬頻技術應用於消費性產品之藍圖
Source : 國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心 本室整理，2005年7月
現在超寬頻晶片約20美元，預估未來幾年晶片組將降至10美元以下，不過相對於藍芽晶片組來說，似乎還要進一步降價才能獲得市場消費性的青睞．（764字）
關鍵字：UWB（超寬頻）
(本室編撰 Carlos)
手機市場 (Mobile) 專輯
數據通信技術及營運 專輯
微機電技術在無線通訊技術與應用專輯
新通訊 2004 年 5 月號 39 期
文．Charles Razzell
超寬頻技術的發展模式類似展頻無線電-有一段很長的時間被歸類為軍事技術，但如今極有可能擴展至一般消費性產品領域...
超寬頻技術的發展模式類似展頻無線電-有一段很長的時間被歸類為軍事技術，但如今極有可能擴展至一般消費性產品領域。根據最新的美國聯邦通訊委員會 (FCC)的定義，超寬頻(UWB)系統的中心頻率大於2.5GHz，並具備至少500MHz的-10dB頻寬。頻率較低的UWB系統必須具備至少20% 的頻寬比(fractional bandwidth)。這些特性讓UWB明顯異於傳統的無線電系統，以往的無線電系統的頻寬比不會超過1%或20MHz，例如像2.4 GHz的IEEE 802.11無線區域網路。
UWB的歷史可回溯至60年代，當時發展的主軸為研究微波網路在面對時域脈衝所產生的瞬間行為。在Harmuth、Ross、以及Robbins等研發先鋒的努力下，UWB技術在70年代有重大的發展，其中大部份集中在雷達系統，包括穿地雷達系統。到80年代後期，該技術開始被稱為無載波或脈衝無線電。美國國防部在1989年首次使用「超頻寬」這個名詞，在當時UWB的理論與技術已經發展將近30年之久。自從1994年開始，美國大部份的UWB研發工作都是在沒有分類限制的狀況下進行。這種情況大幅加快研發的速度，業界對其商業化發展的興趣亦大幅提高。
其中有2項發展激發商業界對這項技術的興趣，包括UWB系統可以與其它使用較高頻譜密度的通訊系統並存，而且不會對其它系統產生干擾；另外FCC於 2002年2月14日發佈的02-48號報告與規範，定義各項並存規則，其中包括針對各種類型的UWB裝置制定電波發射限制。這套法律架構針對各種專利型 UWB裝置立即開拓市場商機，長期而言，市場對標準型產品也有更強烈的興趣。
由於UWB種類眾多，因此潛在的用途也相當廣泛。其中包括無線區域網路(WLAN)、個人區域網路(PAN)、短距離雷達(例如汽車感測器、防撞系統、智慧型高速公路感測系統、液態物體水位偵測系統)、穿地雷達、以及應用在醫療監視與運動員訓練等領域的人體區域網路。
本文主要討論UWB的連結應用，由於FCC對UWB設定功率頻譜密度的限制，因此早期的發展主要集中在傳輸距離約10公尺的無線PAN，其資料傳輸速度為 110Mbps至480Mbps。如此高速的傳輸能力可輕易讓客廳中的娛樂系統(例如DVD、衛星/有線電視的視訊轉換器、電視螢幕、以及環繞立體聲音響)建立起多媒體傳輸的管道。
此外，我們可輕易預見到包括數位相機、掃描器、印表機、攝錄影機、以及MP3播放器等裝置，未來將能與消費性PC建立無線連結，讓配備有線型USB2.0 或IEEE 1394介面的裝置擴增其應用價值，也許有一天會讓有線連結技術完全被淘汰。多個房間的應用模式亦是可能發生的場景之一，未來可能會運用多重轉接站的技術來克服10公尺的距離限制。
UWB的調變範圍超過20%的頻寬比或500MHz，因此目前許多訊號產生機制就屬於UWB。包括直接序列展頻、極窄型脈衝(也稱為脈衝無線電)、正交分頻多工(OFDM)。以上這些機制亦可以結合跳頻技術進一步擴大頻譜範圍，進一步掌握訊號處理的需求。所有這些技術的衍生版本都是根據IEEE 802.15.3a的無線個人區域網路實體層標準作為基礎。
直接序列UWB
產生UWB訊號的一種方式就是透過展頻訊號碼傳遞資訊位元，這種系統被視為CDMA(分碼多工存取)的極端型式。802.15.3a其中一項提案就是使用長度為24的三元碼( ±1, 0)字元，將資料在1.368GHz的晶片速度下進行展頻。32碼的字元被切分成4組8碼字元，讓4組piconet能同時運作。每個piconet的8 碼字元能設定成正極性或負極性，建構出16字元的字元集，或是每個字元有4個位元來搭配雙相位調變機制。長度為24字元的序列在piconet之間提供約 14dB的隔離效果。
IEEE在這個提案中每個晶片的脈衝波型為傳統的根升餘弦曲線。以往研發業者在序列中的每個晶片中採用一組窄波段單脈衝來描述系統，故能達到更大的能量分佈效果。
OFDM UWB
正交分頻多工技術被應用在許多寬頻通訊系統，這類具備多重頻道的系統需要極高的資料傳輸速度。最顯著的例子就是IEEE 802.11a無線區域網路標準，802.11a佔用16.6MHz的頻寬，每一百萬分之4秒傳送48組承載資訊的獨立字元(symbol)。在10公尺傳輸距離下，UWB頻道在最壞狀況的r.m.s.延遲為25ns，遠低於無線區域網路的150ns至200ns。這讓字元週期能大幅縮短，因此不必大幅提高FFT高速傅立葉轉換的參數就能提供500MHz的傳輸頻寬。
另一項IEEE 802.15.3a提議就是採用128組長度242.4ns的OFDM字元來使用528MHz的傳輸頻寬。之後再套用一套跳頻機制，讓所有佔用頻寬提高3 倍，增加至1.6GHz。週期前置字元(cyclic prefix)會增加60.6ns的作業時間以及9.5ns的保護時間，讓每個頻率的總間隔時間(dwell time)變成312.5ns，每個子載波採用的調變機制為QPSK。這種機制的頻譜如圖1所示。
選擇適合的字元長度運用OFDM機制，能讓UWB無線PAN達到預期的多重頻道傳輸效能。然而，運用3頻道跳頻機制所得到的頻寬擴充幅度，可能無法為同一個實體位置中多個未經協調的piconet網路提供足夠的隔離效果，無法有效達到頻譜分配的目標。要改進這方面的缺點，跳頻模式的頻率數量必須提高。
脈衝無線電UWB
脈衝無線電系統使用一連串的短脈衝來建構單一基本脈衝波型。脈衝短波長度為0.2ns至1ns，脈衝重複間隔可至25ns至1ms。這種模式讓每個脈衝之間出現較長的無訊號狀態，讓每個頻道脈衝反應能逐漸衰減至零，並將字元間干擾降至可忽略的程度，因此不需要使用等化器。有許多不同的方法可用來調變傳遞資料的脈衝訊號，這些方法有其中一項顯著的共同點，就是脈衝列(pulse train)不必轉換成較高的載波頻率然後再進行傳輸；因此這種模式使用「無載波」無線電機制。
調變技術包括脈衝位置調變與各種脈衝振幅調變，其中包括開關鍵控以及極性鍵控。這些過程會採用各種脈衝波型，其中包括高斯脈衝的第1導函數與第2導函數，如圖2所示。當頻譜必須相當接近特定的頻譜才能配合法律規範時，就需要達到更複雜的脈衝波型。
在脈衝無線電機制方面要考量的一項重點，就是若接收器使用的是分散的能量(dispersed energy)，頻道脈衝反應就需要相當長的匹配過濾器。
這類長型匹配過濾器以及頻道預測機制的成本與複雜度，需要設定適當的tap加權參數，但這樣一來就違背脈衝無線電技術原先要簡化處理流程的本意。
多頻帶UWB(跳頻)
在數Giga Hertz的頻譜上直接建立UWB訊號所衍生的各種建置問題，可以執行一套2階段的步驟加以解決，首先建立一套佔用500MHz頻寬的調變機制，其次針對訊號套用跳頻技術得到最終的傳輸頻寬。上述所有調變機制都可再套用跳頻機制來擴增頻寬。這種模式成為業界所稱的多頻帶UWB，最近更獲得許多著名廠商的支持，可參考www.uwbmultiband.org。
總結而言，跳頻序列應事先決定，且每個piconet都採用不同的設定。這種作法讓多組piconet能使用相同的頻譜，且能限制碰撞的次數。相反地，若多組並存的piconet不需要以跳頻來改變次序，則可用來轉換調變資訊(雖然這種模式在每個頻帶需要多組平行的接收器)圖3。
多頻帶模式的重點包括擴充性與彈性。其利益可歸納如下:
‧規範上的彈性(符合FCC在發射方面的規範以及地域和未來政府單位所制定的法規限制)
‧抗干擾性(例如，能彈性地避免802.11a所使用的頻帶)如圖4所示。
‧在成本與功耗上的可調整性。實際能力與使用次頻帶的數量以及啟用次頻帶的數量有關。
UWB與標準化在美國的進展
第一個被排除的主要障礙為美國聯邦通訊委員會解除UWB傳輸在某些方面的限制。頻譜發射上的解禁尤其對高速PAN應用的發展特別有利，這類應用涉及影像與多媒體，並已透過IEEE工作小組制定的802.15.3a規格所標準化。工作小組已在2002年12月11日接獲IEEE標準委員會的核准，認定新標準符合5項審核準則，例如廣泛的市場發展潛力、相容性、明確的定位(代表它涵蓋其它標準所沒有具備的獨特基礎)、技術上的可行性、以及經濟上的可行性。 TG3a計畫的時間藍圖已確定，約有20家廠商於2003年3月於達拉斯提出實體層方案。更新版的實體層方案在5月的802.15.3a會議中提出，並將在今年7月於舊金山舉行的IEEE會議中進行決選。如此緊湊的標準化時程反映出下一波支援高速無線功能的數位多媒體消費性裝置，的確潛藏著極可觀的市場商機。
儘管在無法預測的一段時間內，標準化程序是決定消費者是否會採納UWB技術作為家庭多媒體連線機制的關鍵因素。但彼此未經協調的UWB piconet之間是否能並存運作同樣也會產生決定性的影響。面臨這種環境加上包括Philips在內各大廠商的投入，業界有相當大的動力去找尋一套方法，以能夠吸引最終使用者的價位推出標準化的產品。
(本文作者為Philips通訊事業群系統架構部門經理)
直接序列超寬頻技術的低功耗、高速、可擴充特性分析
儘管直接序列超寬頻(DS-UWB)技術還沒有完全投入實際應用，但其固有的優越性能已經得到業界的關注，該技術具有良好的可擴充性、低功耗特性、高速數據傳輸能力以及距離特性，適合於室內多媒體分佈應用和手持無線數據傳輸應用。本文詳細介紹了DS-UWB技術的這些性能特點。
直接序列超寬頻(DS-UWB)技術目前處於IEEE 802.15.3a任務組的標準化考慮之中。這種技術充分利用超寬頻(UWB)技術的固有優勢，以提供比其它方法更卓越的性能和可擴充性。
DS-UWB的實體層(PHY)已經過仔細設計，可以支援正開發中的UWB標準將提供的關鍵應用。這些關鍵應用可以分成兩個有明顯不同要求的類，即無線室內視訊分佈應用和手持應用。無線室內視訊分佈應用的特點是要求高數據速率、支援多用戶、性能穩定，沒有嚴格的低功耗要求。相較之下，手持應用類對低成本和低功耗的要求很嚴格，而且還需要可擴展到極高數據速率(1Gbps以上)的擴展能力。S-UWB實體層提案已提交給IEEE，它將使15.3a標準UWB設備既提供高性能，又能提供高速率手持應用所需的低功耗/成本的可擴展特性。
在2002年2月，美國聯邦通訊委員會(FCC)為新一類基於超寬頻技術的免許可證無線設備打開大門。新規則專門用來鼓勵開發能充分利用超寬頻技術固有優勢的UWB設備，以現實短距離高速無線聯網、精確測距和定位等應用。FCC允許這些設備使用現有無線服務所佔的頻帶，但是要在極其低的功率水準下執行，以避免出現任何有干擾。
使高速數據傳輸成為可能
如上所述，DS-UWB提案的設計目的是滿足更大範圍的無線應用需求，包括無線室內音訊/視訊分散式和行動/手持應用。為在這些應用中提供有效的可擴展性，必須既利用RF多徑環境的自然可擴展性，又要利用真正UWB設計本身優勢。
也許UWB應用最艱難的設計挑戰是設計一個可以擴展的系統，支援的速率能擴展到1Gbps以上，同時仍可以獲得一個極低功耗的實現方案。為滿足高速、低功耗設計要求，DS-UWB技術的設計曾經非常依賴於非常簡單的二進制移相鍵控(即BPSK)調變技術，以及採用適度的前向糾錯技術。
這種簡單的BPSK調變採用非常短(小於1ns)的寬頻脈衝，使得DS-UWB無線發射器極其簡單。它完全不需要產生較多功耗的快速傅立葉變換或高速DAC(像某些窄頻方法那樣)，因而使設備在幾公尺範圍內的發射數據速率達到1Gbps以上，而發射功耗卻非常低。這個速度對於需要支援高速數據傳輸的多媒體播放器和其它電池供電的手持式消費電子設備是必需的。例如，一個手持式多媒體播放器傳輸一個500MB的電影文件，如果相應的無線鏈接可以提供1Gbps以上的數據傳輸速率，那麼這樣一個無線文件傳輸可以在幾秒內完成。
低功耗和可擴充性
對許多採用傳統窄頻技術的無線設備來說，比如OFDM，通常需要相當複雜的接收器設計，以便用高速的快速傅立葉變換(FFT)完成解調，並用強大的前向糾錯解碼來補償嚴重的多徑衰減(20dB或更高)。這些處理模組所需的複雜設計可能要增加上萬個邏輯閘，而且會使功耗大幅上升。DS-UWB方法避免了這些複雜設計，它利用了UWB技術固有的優勢。因為對超寬頻訊號而言，接收的訊號功率只會有微小的波動(僅幾個dB)，所以DS-UWB接收器可以使用相對簡單的FEC解碼器(其複雜度只是其它方法的一半)。事實上，距離較近時，DS-UWB系統甚至可以完全不需要FEC，這樣就可以消除FEC解碼器，而且大幅降低了接收器的功耗。
DS-UWB方法的另一個關鍵優勢就是它利用了該應用和本地無線電環境的自然擴充特性來降低接收器的複雜度。對許多UWB應用來說，比如說需要100Mbps以下速率的串流視訊和多媒體，該DS-UWB接收器可以在較低的速率下完成其全部處理任務。例如，兼有多徑訊號能量的處理可以按照DS-UWB應用的數據速率成比例地減慢執行。對於像OFDM等其它方法，無線接收器總是不得不執行在高速率下(例如640Mbps)，隨後把多個原始數據位元結合在一起以便獲得可靠低速的數據模式。因而對手持應用來說，DS-UWB方法的接收器在較低速率下功耗要低很多，而且具有無可比擬的距離特性(range performance)。
為了使DS-UWB接收器在不需要過多處理功耗條件下達到超高數據速率，類似的可擴展特性也是必需的。對於需要極高速率(例如1Gbps以上)進行快速文件傳輸的應用來說，所需的工作距離僅僅幾公尺而已。在這樣的環境下，多徑問題並不嚴重，因而DS-UWB接收器可以簡化其訊號處理。圖1表示多徑條件作為距離的一個函數是如何變化的，透過自適應這種變化條件，可以實現靈活的無線電設計來降低功耗和複雜度。例如，接收器梳狀濾波器所用的多徑選通器的數目可以減少，而且在某些情況下FEC甚至可以關掉。所有這些靈活性使DS-UWB接收器可以提供非常高的數據速率，同時降低處理功耗。
對於高速數據傳輸任務來說，採用如OFDM之類的其它窄頻方法需要使用更複雜、更高功耗的處理來實現相同數據速率。複雜的方法，比如說同時採用多個OFDM頻帶或多傳輸/接收訊號處理鏈，有可能使一個無線接收器的複雜度倍增，同時大幅增加了功耗。儘管窄頻方法(500MHz或以下的瞬時頻寬)還可以切換到較低效率的更高階調變(比如QAM)以提高數據速率，但這又會使功耗和複雜度增加，同時還會降低傳輸距離。
作者： Matt Welborn
無線系統設計師
Freescale半導體公司
消費性電子是超寬頻技術的未來應用
■ 消費性電子是超寬頻技術的未來應用
對於超寬頻（Ultra WideBand；UWB）發展業者來說，2006年或許將是一個大轉折．根據從晶片廠商得到的資料顯示，超寬頻短距離傳輸技術預計將從2006年起，將廣泛的應用在消費性電子產品中．由於超寬頻無論在傳輸速度上，或者資料容量上都超越目前的藍芽，因此可望提升用戶無線下載影音內容的使用率．
舉例來說，目前MP3播放機下載MP3音樂檔案都是透過個人電腦下載至電腦硬碟之後，在透過USB傳輸至MP3播放機之上．未來內建超寬頻無線技術的MP3播放機，將能夠過此技術直接以無線寬頻下載MP3音樂檔案．
根據目前業者指出，2005年中起，已經陸續有超寬頻晶片廠商開始提供樣品給消費性電子廠商，目標就是為了能夠趕上2005年底的耶誕旺季之前，能夠應用在不同的數位消費性電子產品當中．
初期內建超寬頻產品的裝置將是轉接器（Adapter）．其可用來連結視訊機上盒（STB）與薄型平面電視、或是連結數位相機與筆記型電腦。在家庭之中，達到真正寬頻無線連結的目的．
超寬頻與藍芽都只能在30尺以內的距離傳送，然超寬頻的傳輸速度卻較藍芽快上100倍，已具有足夠頻寬來傳送高解析電視影像，加上該項技術不會干擾其它無線訊號，因此一直被市場看好．不過近年來因為兩陣營僵持不下的「標準戰爭」，使得時機一直往後延，甚至一段時間大家都不再看好其未來．
不過，根據許多研究機構的觀察發現，超寬頻技術將從2006年起慢慢應用轉接器與其他消費性電子產品，甚至預測2007年將進入行動裝置領域，例如高階手機、MP3播放機與數位攝錄影機等等，而且最終將應用在數位電視市場，並成為數位家庭寬頻不可缺少的無線技術之一．
圖一 超寬頻技術應用於消費性產品之藍圖
Source : 國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心 本室整理，2005年7月
現在超寬頻晶片約20美元，預估未來幾年晶片組將降至10美元以下，不過相對於藍芽晶片組來說，似乎還要進一步降價才能獲得市場消費性的青睞．（764字）
關鍵字：UWB（超寬頻）
(本室編撰 Carlos)
手機市場 (Mobile) 專輯
數據通信技術及營運 專輯
微機電技術在無線通訊技術與應用專輯
20090608-煩惱
學校作業真是多,多到要讓我請假在家寫作業,到目前還沒有寫完的跡象
看樣子我又要挑燈夜戰阿,當學生真是辛苦,當工作與學業無法兼顧時,就要自我考量
哪一個是自己目前想要的,我選後面的,因為工作每天的壓力都不一定可以做完
但學業一念完就可以海闊天空阿,信,加油,撐過煩人時間與抗壓~~
2009年6月1日 星期一
訂閱：
文章 (Atom)