超寬帶技術(shù)UWB(Ultra Wideband)始于20世紀(jì)60年代興起的脈沖通信技術(shù),，利用頻譜極寬的超短脈沖進(jìn)行通信，又稱為基帶通信,、無載波通信,。由于其具有低功耗、高帶寬,、高傳輸速率,、低復(fù)雜性、抗多徑能力強,、發(fā)射信號功率譜密度低,、安全性高等優(yōu)點，預(yù)計未來幾年UWB技術(shù)將在和人們生活密切相關(guān)的數(shù)字家電和消費網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中得到推廣,，在有線電視網(wǎng)絡(luò)及家庭網(wǎng)絡(luò)中會得到廣泛應(yīng)用,。
一、超寬帶技術(shù)的基本原理
2002年2月,，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)修訂了第15標(biāo)準(zhǔn),，定義UWB信號為相對帶寬(信號帶寬與中心頻率之比)大于0.2，或在傳輸?shù)娜魏螘r刻絕對帶寬不小于500MHz的信號,，其中信號帶寬定義為：低于最高發(fā)射功率10dB的截止頻率間的帶寬,。FCC還規(guī)定，UWB的使用頻段范圍是 3.1～10.6GHz，且其發(fā)射功率必須在1mW以下,。
同傳統(tǒng)通信系統(tǒng)相比,，超寬帶系統(tǒng)是有著其獨特之處的。從時域上講,，一般的通信系統(tǒng)是通過發(fā)送射頻載波進(jìn)行信號調(diào)制,，而UWB是利用起、落點的時域脈沖(幾十納秒)直接實現(xiàn)調(diào)制,，超寬帶的傳輸把調(diào)制信息過程放在一個非常寬的頻帶上進(jìn)行,，而且以這一過程中所持續(xù)的時間來決定帶寬所占據(jù)的頻率范圍。從頻域上講,，超寬帶有別于傳統(tǒng)的窄帶和寬帶,，它的頻帶更寬。窄帶是指相對帶寬小于1%,，相對帶寬在1%～25%之間的被稱為寬帶，相對帶寬大于25%,，而且中心頻率大于500MHz的被稱為超寬帶,。
二、超寬帶技術(shù)在家庭網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
1.家庭網(wǎng)絡(luò)
家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由有線系統(tǒng)和無線系統(tǒng)綜合構(gòu)成,。其中,，有線系統(tǒng)采用國際數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)IEEE 1394b，在IEEE 1394b基礎(chǔ)上,，家庭網(wǎng)絡(luò)無線系統(tǒng)引入了頻譜高效率的超寬帶脈沖無線電技術(shù),，可提供靈活性和移動性的寬帶無線接入。直擴序列超寬帶的家庭網(wǎng)絡(luò)把移動高速高性能無線網(wǎng)無縫隙的擴展至有線1394骨干網(wǎng),。
2.直接序列超寬帶通信子網(wǎng)技術(shù)
采用單頻帶體制的DS-UWB系統(tǒng)是家庭網(wǎng)絡(luò)比較理想的方案,。DS-CDMA建議采用了雙頻帶(3.1～5.15GHz加 5.825～10.6GHz)的方法，即在每個超過1GHz的頻帶內(nèi)用極短時間脈沖傳輸數(shù)據(jù),，該方法也稱為脈沖無線電,。DS-UWB無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
與無線1394網(wǎng)橋綜合的家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)支持IEEE1394固定連接和DS-UWB無線連接,。無線UWB總線系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是呈現(xiàn)星形,，HUB 位置不是固定不變，管理所有掛在無線總線上的子站,，負(fù)責(zé)維護幀結(jié)構(gòu),，分配周期定時信息。要監(jiān)控在總線注冊的子站狀態(tài),，在子站和子站間廣播通信質(zhì)量信息,，顯示同步和等時模式子站的時隙安排，控制多址接入過程，保證輸出功率在某一電平之下,。數(shù)據(jù)流的傳輸是自組織網(wǎng)絡(luò)中對等通信的模式,，當(dāng)一對子站之間直接鏈路被阻隔時，子站和HUB也可以承擔(dān)中繼多條數(shù)據(jù)的功能,。
直接序列超寬帶系統(tǒng)的物理層采用二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制技術(shù),，為了避免多徑衰落的影響，使用RAKE接收機接收信號,。其多址接入技術(shù)采用直擴碼分多址技術(shù),。由于UWB信號產(chǎn)生的特殊性，其脈沖成型技術(shù)為甚窄高斯單周脈沖,，并使用空時編碼對其進(jìn)行編碼,。典型高斯單周脈沖寬帶為0.2～2.0 ns，脈沖間隔為10～100ns,，脈沖位置可以是等間隔,、隨機或偽隨機間隔。
直接序列超寬帶系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路控制層(DLC)是由一系列幀長為1394周期數(shù)倍的DLC幀構(gòu)成的,，該幀由管理區(qū)域,、數(shù)據(jù)區(qū)域、隨機區(qū)域等組成,。數(shù)據(jù)鏈路控制層把資源分成兩部分,，分別是用于等時時隙的預(yù)留帶寬和用于同步時隙的動態(tài)帶寬。UWB總線協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2,。
直接序列超寬帶的1394匯聚層(CL)含有IEEE1394特定業(yè)務(wù)會聚子層(SSCS)和公共部分會聚子層(CPCS),，它類似IEEE1394b鏈路層，負(fù)責(zé)1394事務(wù)處理層和UWB低層次之間的映射,。
三,、超寬帶技術(shù)在有線電視網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
1.有線電視網(wǎng)絡(luò)及高清晰度電視技術(shù)
有線電視網(wǎng)是高效廉價的綜合網(wǎng)絡(luò)，它具有頻帶寬,、容量大,、多功能、成本低,、抗干擾能力強,、支持多種業(yè)務(wù)連接千家萬戶的優(yōu)勢，它的發(fā)展為信息高速公路的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),。有線電視網(wǎng)成為最貼近家庭的多媒體渠道,，只不過它目前還是靠同軸電纜向用戶傳送電視節(jié)目，還處于模擬水平,。高清晰度電視,，屬于數(shù)字電視的最高標(biāo)準(zhǔn),，擁有最佳的視頻、音頻效果,。它與當(dāng)前采用模擬信號傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)電視系統(tǒng)不同,，采用了數(shù)字信號傳輸。由于高清晰度電視從電視節(jié)目的采集,、制作到電視節(jié)目的傳輸,，以及到用戶終端的接收全部實現(xiàn)數(shù)字化，因此給我們帶來了極高的清晰度,，除此之外,，信號抗噪能力也大大加強。數(shù)字電視具有高清晰畫面,、高保真立體聲伴音,、電視信號可以存儲、可與計算機完成多媒體系統(tǒng),、頻率資源利用充分等多種優(yōu)點,，成為家庭影院的主力。
2.有線電視網(wǎng)絡(luò)中的超寬帶技術(shù)應(yīng)用
交互式電視點播系統(tǒng)和高清晰度電視業(yè)務(wù)的碼率高,、數(shù)據(jù)量大,，需要占用很大的帶寬和網(wǎng)絡(luò)資源，而數(shù)量巨大的用戶數(shù)引起了資源的短缺,。為了解決有線電視網(wǎng)絡(luò)的帶寬問題，引入超寬帶技術(shù),，因為它使用無載波結(jié)構(gòu),，網(wǎng)絡(luò)配置成本低，只需要在系統(tǒng)前端和用戶側(cè)增加相應(yīng)裝置,，就可以在不改變現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上傳輸UWB數(shù)據(jù)流,。
UWB技術(shù)具有類噪聲特性，傳送數(shù)據(jù)時在時域產(chǎn)生持續(xù)時間非常短的脈沖信號,，而有線電視系統(tǒng)中發(fā)送的載波信號會受到外界噪聲和其他信號的干擾后,，系統(tǒng)可用帶寬和有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量會受到很大影響，UWB的短脈沖信號則不會對載波信號造成干擾,，于是在有線電視網(wǎng)絡(luò)的公共傳輸媒質(zhì)中實現(xiàn)了UWB脈沖信號與其他頻域信號的共存,。
在有線電視網(wǎng)絡(luò)中使用UWB技術(shù)存在一個固有的問題，即有線電視網(wǎng)絡(luò)本身的固有頻率損耗會改變UWB脈沖信號的形狀和幅度,，為了解決這個問題,，可以采用預(yù)補償?shù)姆椒āWB數(shù)據(jù)進(jìn)入有線電視網(wǎng)之前先進(jìn)行預(yù)補償,，這樣信號就容易通過同軸電纜系統(tǒng),，同時,，UWB信號具有偽隨機特性，混合光纖同軸電纜網(wǎng)的噪聲電平高于其功率譜密度,，信號傳送就不會受到影響,。
有線電視網(wǎng)絡(luò)傳送UWB信號時，首先將數(shù)據(jù)分成視頻,、音頻和數(shù)據(jù)流,，頻道調(diào)制器將每一路信號與射頻混頻同時分配一臺號，RF信號進(jìn)入混合器后,，混合器將這些信號合并為一個輸出信號,，其他的視頻數(shù)據(jù)流調(diào)制成射頻信號后同混合器輸出的普通節(jié)目混合，然后轉(zhuǎn)換為光信號,，經(jīng)過光纖傳輸,。在接收端，系統(tǒng)將混合信號里的UWB信號提取出來,，同時視頻和音頻數(shù)據(jù)被解調(diào)器解調(diào)出來,。該技術(shù)的顯著特點就是在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)中加入UWB信號調(diào)制解調(diào)器，而無需對有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較大的改變,。UWB信號被擴展到50MHz～1GHz頻段范圍內(nèi),，在任何頻率處的信號能量都能低于該頻段處的噪聲電平。普通的有線電視系統(tǒng)或者混合光纖同軸電纜網(wǎng)一般使用的最大頻率范圍為870MHz,，但系統(tǒng)仍具有1GHz左右的帶寬,，這樣，UWB窄脈沖可以在同軸電纜中可靠地傳輸,，可在相同時間內(nèi)發(fā)送更多的數(shù)據(jù),。
四、應(yīng)用UWB技術(shù)的有線電視網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)的連接
將UWB技術(shù)應(yīng)用于有線電視網(wǎng)絡(luò)中,，充分利用其技術(shù)優(yōu)點,，基本不干擾現(xiàn)有的電視頻道，同時沒有占用或者很少占用頻道資源,。同時,，UWB的多址方式，可以實現(xiàn)數(shù)量不少的并發(fā)用戶,，有線電視網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商可以充分利用