Intel白皮書(shū)：UWB技術(shù)實(shí)現高速無(wú)線(xiàn)個(gè)人局域網(wǎng)

無(wú)線(xiàn)連接為用戶(hù)新的移動(dòng)生活方式注入了便捷。消費者馬上就會(huì )對這種電子家庭的便捷產(chǎn)生巨大需求，他們的個(gè)人電腦、數碼錄像機、MP3播放器、數碼可攜式攝像機、數碼相機，高清晰電視(HDTV)、機頂盒(STB)、游戲系統、掌上電腦、手機等都可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)家庭個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)相互連接。但今天的無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)個(gè)域網(wǎng)技術(shù)不能滿(mǎn)足未來(lái)大量消費電子設備對于高帶寬的需求。這就需要新的技術(shù)去滿(mǎn)足高速WPANS的需求。

超帶寬(UWB)技術(shù)能夠為下一代消費電子設備的帶寬、成本、耗能和物理需求提供一個(gè)解決方案。這種新技術(shù)能夠提供高帶寬使多功能數碼攝像和音響貫穿家庭成為現實(shí)。在行業(yè)團體的支持下，比如USB協(xié)會(huì )，技術(shù)領(lǐng)頭人，比如INTEL，UWB技術(shù)將努力使家居生活高速WPANS連接變得輕松，成為現實(shí)。

介紹：

手機和家用PC的無(wú)線(xiàn)技術(shù)所帶來(lái)的移動(dòng)生活方式使人們對于其他設備的無(wú)線(xiàn)需求越來(lái)越大。消費者們正在享受著(zhù)無(wú)線(xiàn)連接的便捷。許多數字家庭所采用的技術(shù)，比如數碼攝像，音頻流都需要高帶寬連接。為PCs無(wú)線(xiàn)連接所開(kāi)發(fā)的其他無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)比如Wi-Fi和藍牙，和高寬帶使用模式相比都不夠太優(yōu)化。雖然Wi- Fi的數據傳輸率可以達到54Mbps，但這個(gè)技術(shù)在消費電子環(huán)境中還有局限性，包括耗能和帶寬。當在短范圍網(wǎng)絡(luò )中或WPAN連接消費電子設備，這時(shí)的無(wú)線(xiàn)技術(shù)需要支持高數據流，耗能低，低成本，適合超小包裝，比如PDA或手機。新UWB無(wú)線(xiàn)技術(shù)和UWB應用的硅片開(kāi)發(fā)將提供最佳的解決方案。

此文件描述了在數字家庭WPANs中使用UWB技術(shù)和潛在的UWB技術(shù)應用。

UWB案例：

新的數字家庭環(huán)境有許多不同的消費電子設備、移動(dòng)設備、個(gè)人計算機設備組成， 能夠支持多樣化應用。這些設備可以歸納為三大類(lèi)(表1)：

-PC和網(wǎng)絡(luò )

-消費電子和無(wú)線(xiàn)播放系統

-移動(dòng)和手持設備

下一代PC，消費電子和移動(dòng)應用對連接速度提出更高的需求，要遠遠高于藍牙技術(shù)的1Mbps，而今天這種技術(shù)應用于許多WPANs設備當中。但許多消費電子設備不能支持Wi-Fi網(wǎng)絡(luò )高速802.11a/b/g所需要的成本和耗電量。

雖然Wi-Fi技術(shù)比藍牙要快很多，但它仍然不能有效地傳輸多線(xiàn)程并發(fā)高質(zhì)量視頻流。UWB技術(shù)能夠提供下一代整合設備所需要的輸入輸出量，再加上 WiMedia 聯(lián)盟的支持，能夠在各種協(xié)議之間如IEEE 1394， USB， UPnP確保交互性，使得UWB成為打造高速、低成本、低能量的WPANs的寬泛解決方案。

UWB技術(shù)：

UWB和其它傳統的窄帶射頻(RF)和展布頻譜技術(shù)(SS)，如藍牙、802.11a/b/g的區別非常大。UWB使用RF頻譜超寬的帶寬傳遞數據(如圖2)。UWB和傳統的技術(shù)相比在一定的時(shí)間內能夠傳遞更多的數據。

RF鏈接上潛在的數據傳輸率和通道帶寬和信噪比的函數(香農定律)成正比。RF設計工程師對帶寬的參數無(wú)法控制，因為這是由FCC所規定的。藍牙技術(shù)、 802.11a/b/gWi-Fi、無(wú)繩電話(huà)和許多其他設備都被歸為無(wú)執照頻譜，能提供900MHz， 2.4GHz， 5.1GHz。每一個(gè)信道被限制僅能占用很窄的波段。

UWB的頻譜是最近剛剛合法化。UWB可使用頻率從3.1GHz 到10.6GHz的頻譜。每個(gè)信道可以有多于500MHz的帶寬，這取決于它的中心頻率。FCC為這種大寬帶的發(fā)放提出了嚴格的無(wú)線(xiàn)能量約束。這樣，UWB設備在使用大頻率帶寬時(shí)所釋放的能量不會(huì )被附近其他窄帶寬所察覺(jué)，比如802.11a/b/g。這種頻譜共享使得設備可以達到非常大的輸入輸出量，但距離必須很接近。

UWB的低能量消耗也使得開(kāi)發(fā)UWB成本節約的CMOS成為可能。在有限的范圍內低功耗、低成本、高數據傳輸率，UWB憑借著(zhù)這些特色已經(jīng)開(kāi)始正式進(jìn)軍高速WPAN市場(chǎng)。

UWB技術(shù)也允許頻譜再使用。一套近距離的設備組合(比如一套家居娛樂(lè )系統)可以和在另外一間屋子的另外一套設備(比如臥室的游戲系統)在相同的通道上交流?；赨WB的WPANS的范圍非常短，附近在相同通道的設備不會(huì )相互干擾。然而802.11g WLAN的解決方案在一個(gè)單一的設備組合中，很快地就用完了數據帶寬，這樣家居中的聲音通道就不能重新使用。因為UWB技術(shù)的范圍有限，802.11WLAN解決方案對WPAN是最佳的補足，在家居組合設備之間可以作為一個(gè)數據傳輸的中樞。

UWB應用：

UWB技術(shù)適用于各種WPAN應用當中。包括：

-在可攜式多媒體消費電子設備如可攜式攝像機和數碼相機和MP3播放器之間，將電纜替換成無(wú)線(xiàn)連接。

-使PC機和PC外接之間實(shí)現高速無(wú)線(xiàn)USB連接，包括打印機、掃描儀和外部?jì)Υ嬖O備。

-替換下一代藍牙技術(shù)設備如3G手機，基于IP/UPnP和下一代IP的PC/CE/移動(dòng)設備的有線(xiàn)連接。

-建立CE， PC和移動(dòng)設備之間的ad-hoc(點(diǎn)對點(diǎn)) 高位速率無(wú)線(xiàn)連接。

無(wú)線(xiàn)PC外接設備連接：

如今的有線(xiàn)USB已經(jīng)擁有一定的市場(chǎng)份額，PC平臺的接線(xiàn)式相互連接，如(圖3)所示。但接線(xiàn)連接不是很便捷，而藍牙技術(shù)也僅僅從一定程度上解決了問(wèn)題，仍然有局限性。有UWB技術(shù)的無(wú)線(xiàn)USB將向希望使用無(wú)線(xiàn)USB的用戶(hù)提供解決方案。UWB將能夠在PC外接設備連接市場(chǎng)中占有巨大份額。無(wú)線(xiàn)USB工作組將會(huì )為此制定標準，通過(guò)提供10米范圍內，速度超過(guò)480Mbps(相當于有線(xiàn)USB2.0)。

CE設備的無(wú)線(xiàn)多媒體連接：

聲音和圖像的CE設備的無(wú)線(xiàn)多媒體連接和PC外接設備緊密相關(guān)。與PC和外接設備的受益相同，無(wú)線(xiàn)的便捷使用和數據傳輸能力是主要的優(yōu)勢。娛樂(lè )組合設備的種類(lèi)是很廣泛的，如(圖4)所示：DVD， HDTV， STB， PVR， MP3， 環(huán)繞立體聲，數碼可攜式攝像機和數碼照相機還有其它的CE設備。比如UWB可以將STB或DVD連接到一個(gè)掛墻等離子彩電或者HDTV上，而不需要影響美觀(guān)的電線(xiàn)。

UWB還可以將PC和娛樂(lè )組合設備連接在一起，比如數碼可攜式攝像機連接到PC上可以進(jìn)行數字圖像編輯或者大LCD播放。將數碼相機和筆記本電腦連接起來(lái)進(jìn)行編輯，通過(guò)e-mail發(fā)送圖片。UWB的關(guān)鍵優(yōu)勢請看(列表1)。有UWB技術(shù)的WPANS，一旦設備足夠接近，相互識別，用戶(hù)只需輕擊發(fā)送鍵便可進(jìn)行數據傳送。

列表1：UWB在娛樂(lè )和PC環(huán)境下的特色和優(yōu)勢

移動(dòng)計算機設備的電線(xiàn)替代和網(wǎng)絡(luò )：

復雜的電線(xiàn)給移動(dòng)設備的用戶(hù)帶來(lái)極大不便。許多設備，比如個(gè)人掌上電腦通過(guò)USB端口連接，但其他像3G手機這樣的設備需要特殊的連接器。UWB設備只要足夠的接近，馬上就能相互連接而不需要電線(xiàn)。UWB傳輸速度快，熱點(diǎn)地區低能量消耗。

熱點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )的覆蓋使得移動(dòng)計算機設備能夠寬帶接入網(wǎng)絡(luò )，產(chǎn)生了巨大的市場(chǎng)。今天，只有兩種技術(shù)可支持熱點(diǎn)：802.11a/b/g WLAN和基于藍牙的WPAN。但兩種技術(shù)都由局限性，UWB將克服這些困難。

UWB設備間的ad-hoc(點(diǎn)對點(diǎn))連接：

像藍牙一樣，每個(gè)UWB設備都可以作為內容來(lái)源和接收器?？梢詰门c將數碼相機直接和打印機連接打印圖片。

技術(shù)考慮：

為了使UWB技術(shù)成為廣泛采用的無(wú)線(xiàn)解決方案，一下幾點(diǎn)需要解決：

-相互可操作性

-產(chǎn)品整合和認證是否便捷

-總體解決方案的成本(OEM)

-全球頻譜分配

英特爾正在通過(guò)投資策略、研究、參與有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通訊、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)來(lái)解決這些問(wèn)題。英特爾同時(shí)正在充分利用UWB技術(shù)的優(yōu)勢來(lái)開(kāi)發(fā)協(xié)議。無(wú)線(xiàn)USB工作組和數字家庭工作組喂WUSB標準所做的工作是英特爾學(xué)習的例子。

未來(lái)：無(wú)線(xiàn)自由Intel

英特爾致力于無(wú)線(xiàn)技術(shù)。公司為將來(lái)所有設備的精巧無(wú)線(xiàn)連接鋪設了遠景，這個(gè)遠景稱(chēng)之為無(wú)線(xiàn)自由英特爾，賦予了精巧無(wú)線(xiàn)的概念，對頻譜和應用重新審視。配置包括WLAN熱點(diǎn)802.11無(wú)線(xiàn)，藍牙技術(shù)的手機，UWB無(wú)線(xiàn)的WPAN。為了實(shí)現這些遠景，英特爾正投身與射頻空間的所有領(lǐng)域(圖5)。在無(wú)線(xiàn)寬域網(wǎng)(WWAN)中，英特爾支持WiMAX。在WLAN空間中，英特爾繼續推動(dòng)迅馳移動(dòng)技術(shù)?，F在，有了UWB技術(shù)對WPAN的支持，英特爾無(wú)線(xiàn)自由的概念離實(shí)現僅一步之遙。

總結：

UWB和相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議正在開(kāi)發(fā)的初期階段，關(guān)鍵的部署步驟正在定義和評估當中。UWB對當今WLAN環(huán)境下部署的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )起到補充作用，延長(cháng)高碼率，多媒體連接WPANS，支持PC， CE和手機設備。這種結合將實(shí)現電腦、消費電子和移動(dòng)通訊的融合。

普通無(wú)線(xiàn)平臺與現有的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議無(wú)縫接入，有效地降低成本，CE外接的解決方案將改變家庭娛樂(lè )的環(huán)境。

許多UWB組件和系統已經(jīng)在測試和展示階段，最終實(shí)際發(fā)放消費產(chǎn)品的日期有望在2005年初。英特爾公司正在和行業(yè)合作確保這個(gè)技術(shù)的成功。