xMax

鑒於對無線技術的需求持續升高，業界領導廠商正在看美國的無線電管制當局將如何解決RF頻譜不足這一令人煩惱的問題。

通常，業界總比管制部門先行一步。近些年來，兩個關鍵領域(即認知無線電和RF頻譜多用途技術)的發展已經提高了頻譜效率，並激勵工程師們推動這些技術更上一層樓。

認知無線電(CR)技術根據其工作環境的實時條件來調整頻譜的使用。在這個概念相對簡單的過程中，網路將確認用戶需要哪些服務，識別哪些用戶工作在最佳環境中，進而設定最有效的數據傳輸方案以滿足這些用戶的要求(如圖1所示)。

通過有意和連續地應用這種過程，CR技術可以顯著提高頻譜的利用率，並成為目前許多無線標準的基礎。W-CDMA高速下行分組接入(HSDPA)、3G移動無線技術和CDMA1x EvDO都利用一種認知調製過程，試圖從有限的頻譜獲得最高的吞吐量。然而，移動無線不是採用自適應或認知調製過程的唯一領域。WLAN技術(802.11a)和固定無線(Flash-OFDM)也使用類似的過程來提高總的頻譜利用率

一種被稱為 xMax 的新無線技術得到人們的廣泛關注。xMax像WiMax和3G無線技術一樣被認為可以滿足下一代技術的需要。

然而關於用於向膝上電腦和行動電話傳輸高速數據WiMax and 3G(第三代)蜂窩技術的宣傳已經如火如荼。這些技術面臨最大的障礙是：如何在電池耗能的範圍內向遠距離輸送大負荷數據。問題很簡單。當你增加網路的容量或速度時，你必須使用距離上的替換—這意味著傳輸速度越快，傳輸距離就越短。

較長距離也可以高速傳送，但是這樣會極大地消耗接收端點的電池。經由3G蜂窩技術或WiMax在長的距離之上傳送數據，相對地消耗了接受信號的裝置上的大量電池電量，但是 xMax 技術被設計使用調製技術並且只消耗信號接收端較少的電池電力。因為保存電池電力是3 G 和WiMax 長距離傳輸的關鍵。按計劃，xMax在無線通信領域將變成極其有價值的工具。

現有認知無線電技術的局限性在於競爭某通道吞吐量的用戶不能同時收到服務。頻譜多用途技術試圖解決這個難題。RF頻譜多用途的概念是指挖掘利用頻譜的“灰色區域”或專用頻譜未使用的區域，這與目前美國FCC所採用的單用途頻譜分配方案有明顯的不同。AM和FM無線廣播、尋呼服務和蜂窩服務都使用FCC為特定用途所分配的RF頻頻譜。然而，如果技術進步使得專為一個FM無線電台分配的頻譜可同時向一個小城市提供寬頻無線服務，並且不降低FM廣播的質量，那麼無線部署的可能性將呈指數式增長。

具有低功率發射特性的超寬頻(UWB)朝著正確方向邁出了一步。然而，UWB的邊帶發射不是完全免干擾的，所以需要採用更高的頻譜(從3GHz到10GHz)，而這個頻譜範圍具有有限的傳播特性

一種調製技術可以潛在地應對這個挑戰。這種名為xMax的RF調製方案是一種把窄帶載波系統的概念和允許同時頻譜復用的低功耗寬頻脈衝定位調製(PPM)結合在一起的混合技術。

雖然以前的方案試圖把儘可能多的功率移動到邊帶並儘可能多地將其從載波信號中移開，xMax解決方案所做的正好相反，它把大部分功率放進載波信號以使邊帶能量發射可以忽略不計。xMax調製由一個RF頻譜利用圖來表徵，其中相鄰的通道溢出迄今為止低於可探測到的水平，因而對附近的用戶沒有影響。

載波信號與信息關聯在一起以加強接收性能。通過採用載波信號來同步發射器和接收器，相對較弱的信息脈衝的復原得到簡化。與UWB相比，xMax需要較少的功率，因為UWB必須把定時功能融入到該信號承載的信息之中，這自然增加了功耗。

小波帶通濾波器(WPF)是xMax系統的關鍵。這個器件允許接收器從接收到的信號中提取相對較弱的信息脈衝，與此同時衰減來自鄰近邊帶中舊有和相鄰用戶的窄帶干擾和噪音。由於獨立的RF周期調製，WPF採用該信號的峰值功率，而不是平均功率，來提取信息脈衝。獨立RF周期調製的另一個優點是幾乎所有功率都出現在載波信號中，從而使平均功率頻譜密度明顯低於FCC強制的UWB功率頻譜密度。

載波本身佔用的帶寬很少，而信息承載信號遍布在最大為100MHz的邊帶上，使得它看起來是一個UWB系統。然而，功率頻譜在鄰近頻帶上是如此之低，以致於那個頻頻譜的舊有用戶將只受到極小或微不足道的干擾。這些特性使得窄帶條(6KHz語音通道)用於載波成為可能，並可在該通道的任何一側使用高達50MHz的頻譜而不會對相鄰頻帶用戶造成干擾。因為xMax邊帶發射能量低於本底噪音，所以舊有用戶可以繼續正常操作，同時xMax提供第二個信息承載信號，從而允許頻譜復用。

能源因素是第一位的。xMax所用的調製技術被設計成以一個正弦波傳輸數據，而不是典型的調製技術。因此，改變了利用超過100,000個正弦波傳輸點的數據，它的比率接近1:1。這一技術更有效率而且耗能較低，意味著接收裝置不會消耗很多的能源。為了解決距離問題， xMax在千兆赫以下的(sub-gigahertz)範圍內使用頻率頻道，這種頻率能穿透例如牆壁或樹等障礙，這樣就可以解決距離問題。但是1 GHz頻率下面非常狹窄，這就意味著很難同時傳輸大量的數據。研究人員利用多頻率分別傳送的技術解決了此難題。專家預測xMax無線新技術必將成為主流應用技術。

與一個UWB網路相比，一個基於xMax的系統具有多項優勢。首先，UWB發射需要幾個GHz的頻譜，而xMax的“窄帶”版只需要幾MHz數量級的邊帶。xMax的載波同步本性也使它優於UWB，後者使用上千個脈衝來代表一個符號。

UWB常常被設計成一種用於3.1到10.6GHz範圍以及更高頻帶(24GHz)上的PAN技術，這導致潛在的高發射密度。如果考慮散射到鄰近頻帶的能量，那麼干擾累計的概率是很高的。對比之下，xMax被設計成一種WAN技術，它導致一個較低的發射密度和更低的干擾可能性。FCC的規則禁止UWB應用採用低於3.1GHz頻帶的頻譜，而xMax設計用於低於GHz的頻譜。

最後一點，xMax是一種更有效、更靈活的系統，它需要的寬頻數據傳輸頻帶只有6MHz，而且可以跳頻到空閑頻頻譜。正如前面所述，xMax信號是載波同步的，這使得探測更容易。另一方面，UWB不使用載波，所以定時必須嵌入在信息之中，這需要大量的鄰近頻譜。請注意：當採用同等解析度帶寬進行測量時，UWB需要更高的信號功率。

這樣一個系統的應用是很廣泛的，尤其是當用在固定無線系統時。藉助xMax,供應商可以向商業和家庭用戶提供高數據傳輸率。通過採用更低的頻率頻譜，系統可以獲得更遠的信號距離和更好的信號穿透率。其結果是，供應商不必建設那麼多接入點或發射塔。例如，高通公司最近為它所提出的700MHz頻帶處的“媒體廣播”服務購買了全國範圍的許可，以提供單向的高質量視頻和音頻。該公司表示，這個頻譜允許一個全國範圍的網路所用的發射塔數量只是蜂窩和更高頻率系統的30到50分之一。xMax原型系統使用一個窄帶VHF尋呼通道，可提供更遠的覆蓋距離。