（通信与信息系统专业论文）超宽带无线通信跨层优化技术研究.pdf

东南大学硕士学位论文 i i j iji ii l l l l l y 17 6 超宽带无线通信跨层优化技术研究 姓名：马远 专业：通信与信息系统 导师：徐平平教授 课题来源： 国家科技重大专项超宽带设备的技术规范和性能评测( 2 0 0 9 z x 0 3 0 0 6 0 1 0 ) 东南大学移动通信国家重点实验室自由探索研究课题资助( 2 0 0 8 a 0 5 ) 东南大学移动通信国家重点实验室 2 0 1 0 年3 月 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：弓也 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：璺丝 导师签名： 0 摘要 摘要 超宽带( u w b ，u l t r aw i d e b a n d ) 无线通信技术以高传输速率、高分辨率和低功耗等优点日益受 到人们的青睐，被视为下一代无线通信的关键技术之一，采用超宽带技术的高速无线个域网 ( h r w p a n ，h i g h r a t ew i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ) 已逐渐成为无线通信领域研究、开发和应用 的热点。传统的网络使用分层协议模型，不同协议层之间彼此透明，协议的开发和实现是一个简单 而又可升级的过程，但无线环境的复杂性决定了高层协议必然受剑物理信道不稳定性的影响。本论 文提出了将跨层设计的思想应用到超宽带无线通信技术的开发设计之中，通过层间信息交互的方式 实现联合优化，以进一步提高超宽带网络的性能。 论文首先提出了一种基于e c m a 3 6 8 协议物理层o f d m 技术的m a c 层接入机制改进方案，该 方案利用物理层o f d m 系统的空子载波传输忙音信号，在m a c 层r t s c t s 控制报文的基础上加入 忙音辅助信号避免了报文的碰撞。理论分析表明，改进方案在略微增a n - j 物理层硬件实现复杂度的 基础上提高了信道利用率，在网络信道质量较差或数据传输端到端跳数较多时，改进方案的优势尤 为明显。 其次，论文深入研究了基于e c m a 3 6 8 协议的跨层负载均衡路由协议，给出了一种利用m a c 层采集信息作为路径负载状态判断依据的跨层负载感知技术。该评判准则综合考虑了源目的节点之 间整条路径的负载总和与路径中每个节点的负载状态，相比常用单径负载均衡路由协议的评判准则 更为合理。仿真分析表明，当网络负载较大时，该负载均衡协议仍然可以保证数据报文的高到达率 和低端到端时延。 然后，论文提出了一种基于超宽带定位技术的位置辅助路由协议u l a r ，该协议中节点首先利 用超宽带定位技术获得网络中各个节点的坐标，随后节点基于定位信息进行范围受限的洪泛路由发 现，收到路由查询报文的中间节点可以根据本节点记录位置信息更新路由请求区域，在路由请求区 域的选择上采用范围可动态调节的扇形区域。仿真分析表明，u l a r 协议有效降低了路由层的控制 开销，缩短了数据报文端到端平均时延，当网络中节点密度较大时，协议的改进效果尤为明显。 最后，论文总结了全文的工作，并对进一步工作做了展望。 关键字：超宽带无线个域网e c m a 3 6 8 跨层设计正交频分复用负载均衡定位辅助 k 山 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ea d v a n t a g e so fh i g ht r a n s f e rr a t e ，h i g hr e s o l u t i o na n dl o wp o w e r , u l t r aw i d e b a n dw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi sm o r ea n dm o r ep o p u l a r , a n dh a sb e e ns e e na sac r i t i c a lt e c h n o l o g yo fn e x t g e n e r a t i o nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m h i g h r a t ew i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r ko nu w bs t a n d a r d b e c o m e sah o t s p o to fw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nr e s e a r c h ，d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n t r a d i t i o n a ln e t w o r k i sb a s e do no s im o d e l ，d i f f e r e n tl a y e r sw o r ki n d e p e n d e n t l y , t h ed e v e l o p m e n ta n di m p l e m e n to fs t a n d a r di s as i m p l ea n du p g r a d a b l ep r o c e d u r e ，b u tt h ec o m p l e x i t yo ft h ew i r e l e s se n v i r o n m e n td e t e r m i n et h eh i 曲 l e v e ll a y e r sw i l lb ei n f l u e n c e db yt h ei n s t a b i l i t yo ft h ep h y s i c a lc h a n n e l t h i sd i s s e r t a t i o na d o p t st h e c r o s s l a y e rd e s i g nt e c h n i q u ei nt h eu w bw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t h ec r o s s - l a y e rd e s i g nt e c h n i q u e u t i l i z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fd i f f e r e n tl a y e r st op r o m o t et h eu w bn e t w o r kp e r f o r m a n c e a tf i r s t ，t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e sao p t i m i z a t i o ne c m a - 3 6 8m a c l a y e ra c c e s sm e c h a n i s mb a s e do n o f d mt e c h n o l o g y t h eo p t i m i z a t i o ns c h e m et r a n s m i t sb u s yt o n es i g n a l so nt h ei d l ec a r d e ro fo f d m s y s t e m ，b u s yt o n es i g n a l sc a na s s i s t t h er t s c t sp a c k e t st oa v o i dp a c k e tc o l l i s i o n t h e o r e t i c a la n a l y s i s s h o w st h a t ，o p t i m i z a t i o ns c h e m es l i g h ti n c r e a s et h ep h y s i c a ll a y e rh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o nc o m p l e x i t y a n di m p r o v et h ec h a n n e lu t i l i z a t i o n e v i d e n t l y i nm u l t i - h o pd a t at r a n s m i t i o n ，t h ei m p r o v e m e n ti s p a r t i c u l a r l ye v i d e n t s e c o n d l y ，t h ed i s s e r t a t i o ns t u d i e st h ec r o s s - l a y e rl o a db a l a n c er o u t i n gp r o t o c o lb a s e do ne c m a 3 6 8 s t a n d a r d t h i sp r o t o c o lu s e sm a cl a y e ri n f o r m a t i o nt oj u d g et h el o a ds t a t e i tc o n s i d e r sb o t hw h o l ep a t h l o a da n dn o d el o a d ，s oi t sm o r er e a s o n a b l et h a nt r a d i t i o n a ll o a db a l a n c er o u t i n gp r o t o c 0 1 s i m u l a t i o n a n a l y s i ss h o w st h a t ，t h i sl o a db a l a n c ep r o t o c o lc a nm a i n t a i nt h eh i g hp a c k e ta r r i v a lr a t ea n dl o we n dt oe n d d e l a yi nh e a v yl o a dn e t w o r k t h i r d l y , t h ed i s s e r t a t i o np r o p o s e sau w bl o c a t i o na i d e dr o u t i n gp r o t o c o lu l a r t h en o d ec a ng e t o t h e rn o d e s p o s i t i o ni n f o r m a t i o na n de x e c u t es c o p er e s t r i c t e df l o o d i n gr o u t ed i s c o v e r yw i t hu w b p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yi nt h i sp r o t o c 0 1 u l a ru s er a n g ea d ju s t a b l ef a n - s h a p e dr o u t ed i s c o v e r ys c o p e ， i n t e r m e d i a t en o d ec a nu p d a t er o u t ed i s c o v e r ys c o p ea c c o r d i n gt oi t s p o s i t i o ni n f o r m a t i o n s i m u l a t i o n a n a l y s i ss h o w st h a t ，u l a re f f e c t i v e l yr e d u c e st h er o u t i n gp r o t o c o lc o n t r o lo v e r h e a da n de n dt oe n dd e l a y w h e nn e t w o r kn o d ed e n s i t yi sh i g h ，t h ei m p r o v e m e n to fu l a ri sp a r t i c u l a r l ye v i d e n t a tl a s t ，t h ed i s s e r t a t i o ng i v e st h ec o n c l u s i o no ft h ew h o l ed i s s e r t a t i o na n dt h ef u t u r er e s e a r c h d i r e c t i o n s k e y w o r d s ：u w b ，w p a n ，e c m a 3 6 8 ，c r o s s l a y e rd e s i g n ，o f d m ，l o a db a l a n c e ，l o c a t i o na i d e d 广 目录 目录 摘要1 a b s t r a c t i i i e jj 录v 缩略词v i i 第1 章绪论。l 1 1i ；i 言1 1 2 无线个域网简介1 1 3 超宽带( u w b ) 技术简介3 1 3 1 超宽带基本概念3 1 3 2 超宽带技术标准化现状3 1 4 无线个域网跨层设计基本原理4 1 4 1 跨层设计的原冈4 1 4 2 跨层设计的优势4 1 4 3 跨层设计的方法5 1 5 论文研究内容和章节安排7 第2 章e c m a 3 6 8 协议及w p a n 路由协议综述9 2 1 弓i 育9 2 2e c m a - 3 6 8 物理层综述9 2 2 1e c m a 3 6 8 物理层基本功能9 2 2 2o f d m 技术1 0 2 3e c m a - 3 6 8m a c 层综述14 2 3 1e c m a 3 6 8m a c 层基本功能1 4 2 3 2 超帧15 2 3 3 信标15 2 3 4d r p 接入机制1 6 2 3 5p c a 接入机制17 2 4w p a n 路由协议综述l7 2 4 1w p a n 网络路由协议基本特点17 2 4 2w p a n 路由设计原则l7 2 4 3w p a n 路由协议分类18 2 4 4d s r 路由协议概述19 2 5 本章小结2 0 第3 章基于o f d m 系统的e c m a 3 6 8m a c 协议改进方案2 1 3 1 引言。2l 3 2 隐藏终端和暴露终端问题2l 3 2 1 隐藏终端和暴露终端的概念2 1 3 2 2 隐藏终端和暴露终端的分类2 2 3 3 几种典型的m a c 协议分析2 3 3 3 1a l o h a 协议。2 3 3 3 2c s m a1 办议2 3 3 3 3 基于r t s c t s 机制的协议2 3 3 3 4d b t m a 协议2 4 3 4 基于o f d m 系统的e c m a 3 6 8m a c 协议改进方案2 5 v 东南大学硕：j ：学位论文 3 4 1 改进后的忙音信号与o f d m 技术的结合2 6 3 4 2e c m a 3 6 8m a c 协议的改进方案2 7 3 4 3e c m a 3 6 8m a c 协议改进方案的性能分析2 9 3 4 4 数值分析3 3 3 5 本章小结3 5 第4 章基于e c m a 一3 6 8 协议的跨层负载均衡路由协议研究3 7 4 1 引言。3 7 4 2e c m a 一3 6 8m a c 协议p c a 机制概述3 7 4 2 1a i s f a c 设定3 7 4 2 2 时隙退避过程3 9 4 2 3 帧传输过程3 9 4 2 4 等待a c k 过程4 0 4 3 基于e c m a 3 6 8 协议的跨层负载均衡路由协议4 0 4 3 1w p a n 负载均衡路由协议基本原理4 0 4 3 2w p a n 网络单径负载均衡路由协议现状4 l 4 3 3 基于e c m a 3 6 8 的跨层负载均衡路由协议描述4 2 4 4 基于o p n e t 的仿真分析4 4 4 4 1 仿真模型描述4 4 4 4 2 性能指标参数4 7 4 4 3 性能仿真比较4 7 4 5 本章小结4 9 第5 章超宽带定位辅助跨层优化路由协议研究5 1 5 1 弓i 言。5l 5 2 超宽带定位技术51 5 3 基丁位置辅助信息的路由协议5 2 5 3 1l a r 路由协议5 2 5 3 2d r e a m 路由协议5 4 5 4 基于超宽带定位的u l a r 路由协议5 5 5 4 1l a r 协议的不足之处5 5 5 4 2u l a r 协议基本思想。5 6 5 4 3u l a r 协议实现5 9 5 5u l a r 路由协议仿真及其性能分析6 0 5 5 1 模拟场景6 0 5 5 2 路由协议评估参数6l 5 5 3u l a r 与l a r 协议仿真比较6 2 5 6 本章小结6 5 第6 章全文总结和展望6 7 6 1 论文总结以及论文的主要贡献6 7 6 2 进一步的工作6 8 至i 【谢6 9 参考文献7l 攻读硕士学位期间的研究成果。7 5 缩略词 u w b w m a n w l a n w p a n p h y p m d p l c p p p d u p s d u p l m e t f c t f i f f i f f t l c i l s l f d m o f d m f e c m a c m a s b p p c a d r p b p s t b s a c t x o p a i f s s i f s l 汀s c t s a c k 缩略词 u i t r aw i d e b a n d w i r e l e s sm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k p h y s i c a ll a y e r p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t p h y s i c a ll a y e rc o n v e r g e n c ep r o t o c o l p h y s i c a lp r o t o c o ld a t au n i t p h y s i c a ls e r v i c ed a t au n i t p h y s i c a ll a y e rm a n a g e m e n te n t i t y t m e - f r e q u e n c yc o d e t i m e - f r e q u e n c yi n t e r l e a v i n g f i x e df r e q u e n c yi n t e r l e a v i n g f a s tf o u r i e rt r a n s f o r r n i n t e r - c h a n n e li n t e r f e r e n c e i n t e r - s y m b o li n t e r f e r e n c e f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n m e d i aa c c e s sc o n t r o l m e d i u ma c c e s ss l o t b e a c o np e r i o d p r i o r i t i z e dc o n t e n t i o na c c e s s d i s t r i b u t e dr e s e r v a t i o np r o t o c o l b e a c o np e r i o ds t a r tt i m e b e a c o ns l o t a c c e s sc a t e g o r y t r a n s m i s s i o no p p o r t u n i t y a r b i t r a t i o ni n t e r - f r a m es p a c e s h o r ti n t e r - f r a m es p a c e r e q u e s tt os e n d c l e a rt os e n d a c k n o w l e g m e n t v i i 超宽带 无线城域网 无线局域网 无线个域网 物理层 物理层依赖子层 物理层汇聚协议 物理层协议数据单元 物理层服务数据单元 物理层管理实体 时频码 时频交织 固定频带交织 快速傅里叶变换 载波间干扰 符号间干扰 频分复用 正交频分复用 前向纠错码 媒体控制接入 媒体接入时隙 信标期 分优先级的竞争接入 分布式预留协议 超帧起始时刻 信标时隙 接入类型 传输时机 仲裁帧间距 短帧间距 发送请求 清除请求 应答 缩略词 c s m a c d m a t d m a d s r d b t m a l a r d r e a m r r e q r r e p r r e r m i b r t t r t o b e r s i n r q o s o s i c a r d e rs e n s em u l t i p l ea c e s s c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s t i m ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s d y n a m i cs o u r c er o u t i n g d u a lb u s yt o n em u l t i p l ea c c e s s l o c a t i o na i d e dr o u t i n g d i s t a n c er o u t i n ge f f e c ta l g o r i t h mf o rm o b i l i t y r o u t er e q u e s t r o u t er e p l y r o u t ee r r o r m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e r o u n d t r i pt i m e r e t r a n s m i s s i o nt i m e o u t b i te n 0 rr a t e s i g n a lt oi n t e r f e r e n c ep l u sn o i s er a t i o q u a l i t yo fs e r v i c e o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n v 载波侦听多点接入 码分多址 时分多址 动态源路由 双忙音多址接入 位置辅助路由 方位辅助定向洪泛 路由请求 路由应答 路由错误 管理信息库 往返时延 重传超时 误码率 信噪比 服务质量 开放式系统互连参考模型 第i 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 现代社会离不开通信，人类的生存和发展与通信密不可分。近些年来，通信更是以爆炸式的速 度发展，从有线到无线是通信发展中的一个飞跃。相对有线通信，无线通信最大的优点是摆脱了有 线连接，而付出的代价则是需要面对恶劣的无线信道环境和有限的频谱资源，冈此，也面临更多、 更大的挑战。继无线局域网( w l a n ，w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 和无线城域网( w m a n ，w i r e l e s s m e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k ) 之后，便携式技术产品的发展和应用需求迅速增长，这促进了无线个域 网1 1j ( w p a n ，w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t w o r k ) 的诞生，使无线接入产业链更加完善。超宽带技术作 为高速w p a n 的热点方向，被视为下一代无线通信的关键技术之一，越来越受到人们的关注。 本章将从个域网的概念出发，逐一介绍无线个域网和超宽带通信系统的相关背景知识，包括它 们的概念、标准化现状以及主要应用领域等等，并简要介绍了无线个域网跨层优化设计的基本原理， 最后提出了本文的研究内容及章节安排。 1 2 无线个域网简介 个域网( p a n ，p e r s o n a la r e an e t w o r k ) 是一种新兴的通信网络，如果把用户接入网( r a n ， r e s i d e n t i a la c c e s sn e t w o r k ) 称为迈向数字家庭的“最后1 0 0 0 米”，那么，个域网就是“最后的5 0 米”。随着外嗣设备的逐渐增多，用户不仅在自己的计算机上连接打印机、扫描器、调制解调器等外 围设备，有时还要通过u s b 接口将数码相机中的像片传输并存储到硬盘中去。频繁地插拔某一接口、 在计算机上缠绕无序的各种接线，使用户在体验新技术带来的新用途的同时，又不得不忍受一些不 便。此外，企业内部各部门工作人员之间的信息传递对现代化企业中信息传送的移动化提出了更高 的要求。在一间不大的办公室里组成有线局域网以实现信息和设备( 如打印机、扫描仪等) 共享十 分必要，但是密密麻麻的布线又令使用者心烦不已，w p a n 就是为了解决这些问题而产生的。在网 络构成上，w p a n 位于整个网络链的末端，用于实现同一地点终端与终端间的连接。w p a n 工作在 个人操作系统下，需要相互通信的装置构成一个网络，而无需任何中央管理装置。这种专用网络最 重要的特性是采用动态拓扑以适应网络节点的移动性，其优点是按需建网、容错力强、连接不受限 制。在w p a n 中，一种装置用作主控，其他装置作为从属，系统适合运行图像、m p 3 和视频剪辑等 多种类型的文件。 东南大学硕十学位论文 场景1场景2 哆。多。夕芗苫 髯簿曼一曰一冒 图1 1w p a n 网络体系结构 图1 1 描述了三种典型的w p a n 网络体系结构：场景一是前面所描述的计算机与它的外围设备 进行无线连接，替代了现在使用的电缆连接；场景二是w p a n 通过接入点( a p ，a c c e s sp o i n t ) 与 有线以太网络相连，可以实现无线终端高速接入互联网，使得百兆以上的高速无线接入成为可能； 场景三是w p a n 和a dh o c 网络相连，可以实现多个设备之间进行临时组网交互信息，并通过多跳 方式扩大网络的覆盖范同。本文的研究主要考虑场景1 和场景3 中的体系结构，网络中的设备具有 移动性，可以自动接入和离开现有网络，它们既可以作为终端也可以作为中转设备，转发目的地址 不是自己的数据帧。 w p a n 设备具有价格便宜、体积小、易操作和功耗低等优点，将取代线缆成为连接包括移动电 话、笔记本电脑和掌上设备在内的各类个人便携设备的工具。w p a n 可以随时随地为用户实现相互 之间的无缝通信，并使用户能够通过移动电话、局域网或广域网的接入点接入互联网。w p a n 有巨 大的市场潜力，它和大范围快速移动情况下的通信应用相辅相成，互为补充，可在小范围内实现各 种移动通信设备、固定通信设备、计算机及其他终端设备、各种数字数据系统( 例如数码照相机、 数码摄像机等) 甚至各种家用电器的互联，而且价格低廉。随着互联网和多媒体通信的发展，人们 对宽带无线通信的需求也越米越迫切。虽然有关w p a n 的各种标准目前还在不断修改，但已展现出 强大的生命力，国际上一流的通信、计算机和软件企业正如火如荼地对此展开研究，酝酿着更大的 技术突破。目前国内外主流的w p a n 技术有：b l u e t o o t h 、i r d a 、h o m e r f 、u w b 等，它们均有各自 的影响力【2 3 j 。如表1 1 所示。 表l - l 主流w p a n 技术一览 速率i e e e 工作组商业名称 低速i e e e8 0 2 1 5 1 i e e e8 0 2 1 5 1 ab l u e t o o t h 高速 i e e e8 0 2 1 5 3 超高速 i e e e8 0 2 1 5 3 aw i m e d i a m b o a u w bf o r u m 低速“氐功耗 i e e e8 0 2 15 4 i e e e8 0 2 15 4 a z i g b e e 2 时 一蓼筹 。 菇文 第1 章绪论 1 3 超宽带( u w b ) 技术简介 1 3 1 超宽带基本概念 u w b 技术起源于2 0 世纪5 0 年代末，以前主要作为军事技术在雷达探测和定位等应用领域中使 用。美国联邦通信委员会( f c c ) 于2 0 0 2 年2 月准许该技术进入民用领域，用户不必申请即可使用。 在w p a n 网络应用领域中，f c c 已将3 1 1 0 6 g h z 频带向u w b 通信开放i 刖。与现有无线通信技术 相比，u w b 通信技术主要特点有以下几个1 5 1 ： ( 1 ) 频带宽。一般说来，目前u w b 通信的频带宽度都很宽( 大于5 0 0 m h z ) 。而g s m 手机使 用的带宽只有3 0 k h z ，8 0 2 1 l b 的带宽也不过是2 0 m h z 左右。与现有的无线通信技术相比，由于u w b 设备本身的发射功率较小，再加上频带宽度极宽，因此其功率谱密度非常之低； ( 2 ) 低成本。易数字化。u w b 产品的目标是这些电路都可以被集成到一个芯片上，因此其收 发电路的成本很低。现在设备生产商已可将这种电路集成到一个硬币大小的芯片上； ( 3 ) 传输速率高。由于u w b 系统使用高达5 0 0 m h z 以上的带宽，即使辐射功率很低，也可以 在短距离上实现高达几百兆到l g b p s 以上的传输速率； ( 4 ) 发送功率小。u w b 设备定位于1 0 米以内的w p a n ，通信设备用小于l m w 的发射功率就 能实现通信，因此产品能耗较低，且较低的发射功率可使系统电源工作时间人大延长，减少电磁波 对人体的影响； ( 5 ) 穿透能力强。窄脉冲具有很强的穿透各种障碍物的能力，例如树叶、墙壁和地板，u w b 技术还能实现隔墙成像，因此u w b 具有比红外通信更为广泛的应川和前景； ( 6 ) 多径分辨率高。由于u w b 信号采用持续时间极短的窄脉冲，其时间、空间分辨力都很强， 因此u w b 信号的多径分辨力极高，对多路径干扰具有固有的抑制能力，特别适合用于室内环境。 极高的多径分辨能力同时赋予u w b 信号高精度的测距和定位能力； ( 7 ) 隐蔽性好、安全性高。与有线通信相比，超宽带无线电的射频带宽可达到1 g h z 以上，且 所需平均功率小，信号的能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统而言，u w b 信号相当于白 噪声，并且多数情况下，u w b 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，信号被隐蔽在环境噪声和其 他信号中。难以被地方检测到，在军事上有比较广阔的应用前景。 1 3 2 超宽带技术标准化现状 在美国联邦通信委员会对民用u w b 系统制定初步规定之后，为推进标准化工作进程，i e e e 8 0 2 1 5 3 任务组( t g 3 ) 于2 0 0 3 年成立了8 0 2 1 5 3 a 任务组( t g 3 a ) ，其主要目的是为了定义最高传 输速率可达约5 0 0 m b p s 的、基于u w b 无线通信技术的短距离高速w p a n 技术标准【6 i 。然而，由于 一直未能在由f r e e s c a l e 提出的直接序列超宽带( d i r e c t s e q u e n c eu w b ) 技术和由w i m e d i a 联盟提 出的多带o f d m ( m u l t i b a n do f d m ) 技术这两项竞争性提议的表决上达成7 5 的多数同意，该工 作组已丁2 0 0 6 年初经过内部投票，很遗憾地宣布解散。 3 东南人学硕上学位论文 为了解决i e e e8 0 2 1 5 3 a 工作组在u w b 标准化问题中的僵局，w i m e d i a 联盟决定绕过i e e e 的 标准化过程，转而向e c m a 寻求支持，并- p2 0 0 5 年初向e c m a 提交了基于多带o f d m 技术的u w b 标准。经过修订，e c m a 快速通过了w i m e d i a 联盟的u w b 标准，并于2 0 0 5 年1 2 月发布了e c m a 3 6 8 和e c m a 3 6 9 两种u w b 标准【7 ，8 1 ，覆盖了最高数据速率为4 8 0 m b p s 的工作在3 1 到1 0 6 g h z 频段的 u w b 短距离无线网络。其中，e c m a 3 6 8 标准定义了基丁多带o f d m 技术的p h y 层与基于分布式 架构的m a c 子层，e c m a 3 6 9 标准规定了m a c p h y 接口。随后，e c m a 将两项标准提交i s o i e c j t c l ，并于2 0 0 7 年3 月被批准为正式标准i s o i e c2 6 9 0 7 与2 6 9 0 8 发布，而另一个提案d s c d m a 事实上已经被放弃。倡导d s c d m a 提案的阵营u w b 论坛也随着摩托罗拉和f r e e s c a l e 的退出而宣 布解体，但是其成员f r e e s c a l e 和b e l k i n 等仍然在推动自己的“c a b l e f r e eu s b ”的生产和发展。2 0 0 7 年1 2 月，e c m ai n t e r n a t i o n a l 发布了e c m a 3 6 8 3 6 9 标准的第二版本1 9 1 0 】，2 0 0 8 年1 月，w i m e d i a 联 盟公开发表其关于u w b 标准的白皮书，表示将继续与e c m a 合作，共同推进u w b 标准的完善和 u w b 技术的市场化。 我国信息产业部、无线电管理委员会和信标委等部门以及相关组织、企业和院校也着手进行 u w b 频谱规范和产品技术标准的制定t 作，并且成立了隶属于w p a n 网络项目组的c u w b ： 作 组米推动中国的标准化进程。2 0 0 8 年6 月，中国无线电管理委员会发布u w b 技术频率使用规定草 案，并向社会征求意见。同时，c u w b 工作组对适合中国国情的超宽带频谱规划、基带以及射频等 技术展开了深入的研究，中国超宽带标准的制定正在进行当中。 1 4 无线个域网跨层设计基本原理 1 4 1 跨层设计