UWB超寬帶技術(shù)挑戰最后一公里

　　盡管UWB的發(fā)展中存在著(zhù)頻率管制、標準化及面對其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的競爭等難題，但是可以預見(jiàn)，它將在消費電子領(lǐng)域、通信領(lǐng)域獲得大規模應用。

　　超寬帶(Ultra　Wide　band，UWB)技術(shù)始于20世紀60年代興起的脈沖通信技術(shù)，利用頻譜極寬的超短脈沖進(jìn)行通信，又稱(chēng)為基帶通信、無(wú)載波通信，主要用于軍用雷達、定位和通信系統中。該技術(shù)是一種新穎的無(wú)線(xiàn)通信方式，作為短距離無(wú)線(xiàn)高速數據傳輸的一種解決方案，國際電信聯(lián)盟第一研究組(ITU　Study　Group　1)宣布，UWB成為“全球性監管標準”，這意味著(zhù)開(kāi)發(fā)USB應用將成為全球業(yè)界競相追逐的新的技術(shù)熱點(diǎn)，目前已經(jīng)引起了人們極大的關(guān)注和興趣。

　　由于UWB技術(shù)具有傳輸速率高(達1Gbit/s)、抗多徑能力強、功耗低、成本低、穿透能力強、低截獲概率、與現有其他無(wú)線(xiàn)通信系統共享頻譜等特點(diǎn)，已經(jīng)成為無(wú)線(xiàn)個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)的首選技術(shù)。

　　標準化情況

　　目前UWB標準化的工作還沒(méi)有完成，一些技術(shù)問(wèn)題需要不斷完善，但它將可能成為新一代WLAN和WPAN的技術(shù)基礎，從而實(shí)現超高速寬帶無(wú)線(xiàn)接入。專(zhuān)家指出，在軍事需求和商業(yè)市場(chǎng)的推動(dòng)下，UWB技術(shù)將會(huì )進(jìn)一步發(fā)展和成熟起來(lái)。

　　在UWB物理層兩種技術(shù)方案中，DS-UWB產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對領(lǐng)先，目前已有多款商用芯片問(wèn)世，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入模塊階段(IEEE1394和PCI應用模塊，無(wú)線(xiàn)USB應用模塊)，2004年8月獲得了FCC的批準，嵌入DS-UWB的電子產(chǎn)品可以在美國市場(chǎng)銷(xiāo)售。

　　IEEE　802.15.3a高速UWB的上層協(xié)議由WiMedia　Alliance負責。2005年3月，WiMedia聯(lián)盟與MB-OFDM聯(lián)盟合并，顯著(zhù)提高了開(kāi)發(fā)超寬帶標準和互操作性的效率，但這并沒(méi)有改變最終結果。經(jīng)過(guò)四年爭論之后，IEEE負責802.15.3aUWB標準的任務(wù)小組經(jīng)全體投票一致通過(guò)決定解散，消費者將自己選擇他們認為最方便、最實(shí)用的技術(shù)。與此同時(shí)，WiMedia聯(lián)盟建議歐洲的行業(yè)協(xié)會(huì )和標準化組織Ecma　International的成員采用其MB-OFDM標準作為消費產(chǎn)品中使用的UWB全球標準，并將標準提交ISO/IECJTC1快速通過(guò)。

　　盡管標準爭奪激烈，但國際電信聯(lián)盟第一研究組(ITU　Study　Group　1)在2006年2月22日給予了UWB全球性監管標準的地位。該標準包括對共享頻帶能量裕度損失的計算方法、對于發(fā)射頻譜和帶寬的新定義、對于自由空間多余發(fā)射的限制、測量射頻噪聲的頻率獨立方法、UWB傳送測量、UWB的關(guān)鍵特性、UWB器件對其他RF系統的影響，以及用于推出UWB系統的框架等內容。業(yè)界認為，該標準的最富價(jià)值且最重要的部分，是長(cháng)達800頁(yè)對UWB基于現有RF系統影響的描述。對于給出關(guān)于UWB監測方法的精確定義，以及為實(shí)現實(shí)用系統提供的指導方法等內容也都非常有用。據國外媒體報道，歐盟射頻頻譜委員會(huì )已經(jīng)批準了歐洲的UWB規劃，為2007年初在歐洲采用這一技術(shù)鋪平道路。

　　UWB的技術(shù)和市場(chǎng)都在飛速發(fā)展，中國通信標準化協(xié)會(huì )(CCSA)日前在國內率先完成“UWB與TD-SCDMA干擾保護研究”的研究報告。今后還將陸續發(fā)布“UWB與IMT-2000FDD”、“UWB與GSM”、“UWB與IMT-Advanced”研究報告。

　　根據市場(chǎng)研究機構Northern　Sky　Research(NSR)的最新報告顯示，2006年是UWB極其重要的一年，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)在全球大量涌現。

　　據In-Stat預測，從2006年開(kāi)始到2008年，UWB設備將以每年400%的增長(cháng)率增長(cháng)。美國UnstrungInsider公司也預測，2007年全球基于UWB的電子產(chǎn)品和芯片組的出貨量將達到4500萬(wàn)個(gè)，而這一市場(chǎng)可能會(huì )增長(cháng)到6.3億美元。

　　關(guān)注干擾問(wèn)題

　　由于UWB系統使用很寬的頻帶，所以和很多其他的無(wú)線(xiàn)通信系統頻段重疊。雖然從理論上說(shuō)超寬帶系統的發(fā)射功率頻譜密度很低，應能和其他系統“安靜地共存”，但實(shí)際應用中超寬帶系統對其他系統的兼容性需要用實(shí)驗證明。特別是超寬帶系統的工作機理和特性還有很多不清楚的方面，比如超寬帶系統的帶外干擾問(wèn)題，即超寬帶設備也有可能對在其工作頻段之外的無(wú)線(xiàn)系統產(chǎn)生一定的干擾，這部分干擾還很難用理論計算的方法準確估計。因此雖然FCC將UWB工作頻段定為3.1GHz以上，但超寬帶設備對3.1GHz以下頻段系統(如2G/3G蜂窩移動(dòng)通信系統、PHS、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)系統)的干擾也需要考慮。

　　干擾問(wèn)題始終是制約民用超寬帶技術(shù)發(fā)展和應用的一個(gè)重要問(wèn)題。FCC規定UWB設備主要的工作頻段將位于3.1GHz和10.6GHz之間這個(gè)頻段內，其發(fā)射功率被限制在-41.3dBm/MHz以下。而在此頻段以外，實(shí)行更嚴格的功率控制標準。除了要考慮對已有通信系統的干擾外，還要考慮對已有非通信業(yè)務(wù)有可能產(chǎn)生的干擾。除FCC之外，日本在2006年也提出了自己的UWB頻率范圍和發(fā)射功率控制標準。另外，來(lái)自于其他無(wú)線(xiàn)通信系統的信號對UWB接收機的帶內干擾問(wèn)題。UWB設備發(fā)射功率譜密度很低，UWB接收機中容易受到噪聲和干擾影響，特別是來(lái)自窄帶無(wú)線(xiàn)系統的阻塞干擾。目前，隨著(zhù)4G標準化進(jìn)程的加快，UWB與4G的“和平共處”也值得深入研究。UWB使用頻段與4G候選頻段有重疊，為了對未來(lái)的4G系統提供保護，必須開(kāi)展UWB與4G的共存研究。DAA(detect　and　avoid)作為UWB的防干擾技術(shù)在日本和歐洲越來(lái)越受到重視，為了保護未來(lái)4G移動(dòng)通信系統，一些國家提出UWB必須使用DAA的限制方案。

　　理論體系需完善

　　ITU-RSG1(頻譜規劃研究組)下曾經(jīng)設立了1/8任務(wù)組(TaskGroup1/8)，研究范圍為“UWB設備和無(wú)線(xiàn)通信業(yè)務(wù)之間的兼容性”。在該任務(wù)組研究期內，提出了全球UWB頻譜分配和監管的若干原則。UWB具有極寬的發(fā)送帶寬，當與其它窄帶業(yè)務(wù)共存時(shí)，多個(gè)UWB設備產(chǎn)生的集總效應或者當UWB設備距離很近時(shí)有可能對其他設備造成干擾，因此CCSA于2005年初在無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)工作委員會(huì )成立專(zhuān)門(mén)工作組，研究UWB與其他無(wú)線(xiàn)通信系統干擾保護問(wèn)題。

　　由于UWB傳輸距離非常有限，在很多家庭應用中必須與有線(xiàn)系統結合才能發(fā)揮作用，這就使其無(wú)論在產(chǎn)品設計階段還是在實(shí)際環(huán)境的安全保護工作中，都需要考慮到與有線(xiàn)系統融合后的情況。

　　802.11n對UWB構成威脅是不爭的事實(shí)，802.11n的應用領(lǐng)域和UWB“撞車(chē)”，而且其500Mbit/s的高速數據率也使UWB的高速優(yōu)勢面臨挑戰。

　　迄今為止，超寬帶理論體系還不完善，關(guān)于其工作機理和特性還有很多疑問(wèn)，如超寬帶信號傳播特性、信道模型、超寬帶天線(xiàn)設計理論以及超寬帶信號處理理論等，而這對超寬帶系統的設計和應用至關(guān)重要。

　　盡管UWB的發(fā)展中存在著(zhù)頻率管制、標準化及面對其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)的競爭等難題，但是可以預見(jiàn)，隨著(zhù)這項新技術(shù)的發(fā)展，UWB將在消費電子領(lǐng)域、通信領(lǐng)域獲得大規模應用。開(kāi)發(fā)USB的大規模應用將成為全球業(yè)界競相追逐的技術(shù)新熱點(diǎn)，將為產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節創(chuàng )造效益，為用戶(hù)帶來(lái)方便。