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UWB:开辟无线个域网新时代

http://www.sina.com.cn 2007年09月11日 18:52  中国信息产业网-人民邮电报

  超宽带(UWB)技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术,利用频谱极宽的超短脉冲进行通信,又称为基带通信、无载波通信,主要用于军用雷达、定位和通信系统中。该技术是一种新颖的无线通信方式,作为短距离无线高速数据传输的一种解决方案。国际电信联盟第一研究组宣布,UWB成为“全球性监管标准”,这意味着开发UWB应用将成为全球业界竞相追逐的技术热点,目前已经引起了人们极大的关注和兴趣。

  由于UWB技术具有传输速率高(达1Gbit/s)、抗多径能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点,已经成为无线个人域网(WPAN)的首选技术。

  UWB以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输,并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源,而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中,可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。UWB的数据速率可以达到几十M、几百M,甚至是1G,高于

蓝牙100倍,高于IEEE802.11a和IEEE802.11b,可用在数字家庭网络或办公网络中,实现近距离、高速率数据传输。例如,利用UWB技术可以在家用电器设备之间提供高速的音频、视频业务传输。在数字办公环境中,应用UWB技术可以减少线缆布放的麻烦,提供无线高速互联。另外,利用UWB技术还可以实现军用通信、雷达探测、精确定位等。此外,UWB采用跳时扩频信号,系统具有较大的处理增益,在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中,输出功率甚至低于普通设备产生的噪声,接收时将信号能量还原出来,在解扩过程中产生扩频增益。因此,与IEEE802.11a、IEEE802.11b和蓝牙相比,在同等码速条件下,UWB具有更强的抗干扰性。

  UWB技术的应用场景主要包括家庭、办公室、个人消费电子产品。在数字家庭网络广泛普及的今天,关注这一概念的消费电子厂商试图用无线网络将消费者家居中的电器连接起来,使各种大带宽的数字信息可以在这些电器之间传递和交换,为业务的快速发展带来了新的机遇。

  UWB在数字化办公室的应用表现为用无线方式代替传统有线连接,使办公环境更加方便灵活。早期的蓝牙技术已经使某些设备的无线互联成为可能。但由于传输速率过低(1Mbit/s以下),只能用于某些计算机外设(如鼠标、键盘、耳机等)与主机的连接。而UWB技术的高传输带宽可以实现主机和显示屏、摄像头、会议设备、终端设备及投影仪之间的无线互联。同样,UWB技术在个人便携设备上也将会有规模应用。由于UWB技术已经可以提供相当于计算机总线的传输速率,因此个人终端可以从互联网或局域网上即时下载大量的数据,从而将大部分数据存放在网络服务器的存储空间中,而不是保存在个人终端中。携带具有UWB功能的小巧终端,在任何地点都可以接入当地的UWB网络,利用当地的设备(如大屏幕电视、电脑、摄像头、打印机等)随时构成一台属于自己的多媒体计算机。

  目前,已经有多家公司可以提供UWB芯片,包括基带芯片、MAC芯片、RF收发芯片或集成基带、MAC和RF的芯片。同时,很多芯片公司均宣布在2007年推出符合Wi-Media认证的UWB芯片,并将拓展UWB应用在消费电子类产品中。在

笔记本电脑芯片市场占有绝对领导地位的英特尔公司,致力于将UWB的主要应用无线USB2.0作为笔记本电脑的标准配置接口。

  UWB系统在很低的功率谱密度的情况下,已经证实能够在室内提供超过480Mbit/s的可靠数据传输。与当前流行的短距离无线通信技术相比,UWB具有巨大的数据传输速率优势,最大可以提供高达1000Mbit/s以上的传输速率。UWB技术在无线通信方面的创新性、利益性已引起了全球业界的关注。与蓝牙、802111b、802115等无线通信相比,UWB可以提供更快、更远、更宽的传输速率。越来越多的研究者投入到UWB领域,相信UWB技术不仅为低端用户所喜爱,且在一些高端技术领域,在军事需求和商业市场的推动下,UWB技术也将会进一步发展和成熟起来。据《关于UWB的预测和潜在市场应用的报告》预测,2007年全球配备UWB的电子设备和芯片的生产量将达到4510万套,收益将达到13.9亿美元。

  我国同先进国家相比较,在无线通信领域仍处于待开发状态,通过对UWB技术的研究,可以充分发挥后发优势,研究将会更有方向性和针对性,因而有可能在该领域达到并超过世界先进水平,促进我国在UWB技术方面的全面发展,同时对我国在该研究领域拥有自主

知识产权和相关产品、寻找新的经济增长点具有重大意义。

  由于UWB系统使用很宽的频带,因此和很多其他的无线通信系统频段重叠。虽然从理论上说超宽带系统的发射功率频谱密度很低,应能和其他系统“安静地共存”,但实际应用中超宽带系统对其他系统的兼容性需要用实验证明,特别是超宽带系统的工作机理和特性还有很多不清楚的方面,比如超宽带系统的带外干扰问题,即超宽带设备也有可能对在其工作频段之外的无线系统产生一定的干扰,这部分干扰还很难用理论计算的方法准确估计。因此,虽然FCC将UWB工作频段定为3.1GHz以上,但超宽带设备对3.1GHz以下频段系统(如2G/3G蜂窝移动通信系统、PHS、无线局域网系统)的干扰也需要考虑。

  干扰问题始终是制约民用超宽带技术发展和应用的一个重要问题。FCC规定UWB设备主要的工作频段将位于3.1GHz和10.6GHz之间,这个频段内,其发射功率被限制在-41.3dBm/MHz以下。而在此频段以外,实行更严格的功率控制标准。除了要考虑对已有通信系统的干扰外,还要考虑对已有非通信业务可能产生的干扰。如对GPS的干扰、对个人通信系统900MHz/1800MHzGSM的干扰、对无线局域网IEEE802.11的干扰等,特别是当某特定区域有很多超宽带设备时,其集中干扰必须认真考虑。除FCC之外,日本在2006年也提出了自己的UWB频率范围和发射功率控制标准。另外,还要考虑来自于其他无线通信系统的信号对UWB接收机的带内干扰问题。UWB设备发射功率谱密度很低,UWB接收机容易受到噪声和干扰影响,特别是来自窄带无线系统的阻塞干扰。目前,随着4G标准化进程的加快,UWB与4G的“和平共处”也值得深入研究。UWB使用频段与4G候选频段有重叠,为了对未来的4G系统提供保护,必须开展UWB与4G的共存研究。

  尽管目前UWB的发展中存在着频率管制、标准化及面对其他无线技术的竞争等难题,但是可以预见,随着这项新技术的发展和进步、无线多媒体应用越来越普及,UWB在消费电子领域、通信领域将获得大规模应用。开发UWB的大规模应用将成为全球业界竞相追逐的技术新热点,将为产业链各环节创造效益,为用户带来方便。

  (包东智 人民邮电报)

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