科技成果——单载波超宽带无线总线技术

科技成果——单载波超宽带无线总线技术
技术开发单位
清华大学
适用范围
工业控制、通信设备、医用器材以及汽车电子等领域
成果简介
1、针对无线总线面临的高可靠下的快速交互难题，常规交织、编码技术因延时大难以适应，提出了单载波超宽带的多模式传输与交互协议协同优化体制，发明循环编码的层次化同步序列，将经典的互相关搜索变为利用序列自身特性的迭代译码，实现了快速同步及帧模式信息的可靠传递；发明了扩维信号设计方法，将信令比特组直接映射至高维波形，可实现快速可靠的信令交互；发明的时频对偶交织信号设计方法有效实现业务帧数据高效传输，通过不同的交织模式可在延时约束下适应不同使用条件。

研制的单载波超宽带模块，可实现延时大幅降低的高速通信。

该通信体制有利于CMOS工艺芯片实现，未见国内外报道。

2、针对无线总线收发器面临的高集成度问题，为实现超宽带高维信号的低功耗、高集成度处理，提出了变换结构的信号处理技术。

发明时频对偶交织信号的分集合并方法，利用块数据扰序的对偶结构，通过傅里叶变换，将处理规模从线性降低为对数阶；发明了译码子阵同址流水线迭代算法，以计算获取传递信息简化存储结构，减少基带芯片面积50%以上；针对CMOS高频段宽带射频芯片，发明可变放大
器的电流模带宽技术以及压控振荡器的电容阵列与变容管相结合的发放，有效拓展了CMOS器件的线性度，射频频段高于6GHz，带宽超过500MHz。

3、针对无线总线信号、协议处理资源受限下的高可靠性要求，以满足工业控制、空间应用等恶劣工作条件，提出了容错通信处理的新方法，针对线性运算，发明了基于中国余数定理的纠错滤波器设计方法，可以100%检测单个错误。

针对非线性运算，发明了一种纠检错码的迭代计算方式，利用译码纠错纠删能力，实现了控制、存储、处理的综合容错，大幅提升了通信处理的可靠性，相比三模冗余的容错方式，可节省芯片面积、功耗一倍以上。

针对高吞吐率的存储，发明了分层码容错策略，大大减少了存储所需的面积、功耗和延时。

主要技术指标
基于该项目技术形成了我国工信部通信计量中心的通信行业标准《基于载波的高速超宽带无线通信技术要求第2部分：单载波空中接口物理层》，并研制了CMOS工艺下的核心芯片组UWB-THWMC和UWB-IMECAS，第三方测试表明，芯片面积小于25mm2，峰值速率500Mbps，平均功耗小于400mW。

相对于WIFI、蓝牙等无线技术，延时极大降低，容量大幅提升；相对于MB-OFDM超宽带技术，芯片面积降低约50%，延时降低1/3，整体水平达到国际最好水平。

效益分析
在此技术基础上，研制完成单载波超宽带无线总线模块，成功应用于深圳警翼智能科技股份有限公司的现场执法记录系统，解决了警
用等行业终端的大容量数据快速同步难题，节省了大量线缆，填补了行业终端无线总线的技术空白；成功应用于智能高清机顶盒的无线HDMI接口，满足了低延时高清视频显示需求；成功应用于体征监测仪系统，突破了医用穿戴式传感器的宽带数据传输瓶颈；成功应用于汽车电子等恶劣环境，可在汽车发动机附近恶劣的电磁环境和温度、振动环境下稳定工作，实现了发动机复杂传感信息的可靠传输；并成功拓展应用到跨海隐蔽通信。

上述应用取得经济效益过亿元，社会效益显著，在工业控制、通信设备、医用器材以及汽车电子等领域具有广阔的应用前景。

应用情况
研制完成单载波超宽带无线总线模块，成功应用于深圳警翼智能科技股份有限公司的现场执法记录系统，解决了警用等行业终端的大容量数据快速同步难题，节省了大量线缆，填补了行业终端无线总线的技术空白；成功应用于智能高清机顶盒的无线HDMI接口，满足了低延时高清视频显示需求；成功应用于体征监测仪系统，突破了医用穿戴式传感器的宽带数据传输瓶颈；成功应用于汽车电子等恶劣环境，可在汽车发动机附近恶劣的电磁环境和温度、振动环境下稳定工作，实现了发动机复杂传感信息的可靠传输；并成功拓展应用到跨海隐蔽通信。