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UWB标准现状分析

2006/1/11/13:36 来源:IT专家网 作者:潘晓磊

  UWB是一种短距离的无线通讯方式,在10米以内的范围里以至少100Mbps的速率传输数据。这种通讯方式比较适合在家庭内部使用,市场应用前景非常广阔,因此围绕UWB的标准之争从一开始就非常激烈。曾经有二十几个标准参与竞争,今天只剩下了两个。它们是来自Freescale的DS-UWB和由TI倡导的MBOA。

  从技术上来讲,MBOA和DS-CDMA是无法彼此妥协的,DS-UWB曾提出一个通用信令模式,希望与MBOA兼容。但这种模式显然在技术上无法实现,所以被MBOA、IEEE和无线USB协会拒绝。MBOA在最近的一次表决中占了约10%的优势,但仍然没有达到75%的绝对多数。

  从产品上来讲,DS-UWB在开始的时候走在了前面。它的样品在2004年初的时候已经在拉斯维加斯的消费电子展上展出,但看来之后的进展比较缓慢,当时存在的问题今天依然存在,例如功耗很大、需要两根天线分别收发、在天线与接收器中间有阻挡时会出现花屏等。而另一方的MBOA正迎头赶上,来自Staccato公司芯片级的物理层芯片(PHY)在2004年的第一季度已经完成,八、九月份的时候,配合TI公司可编程门阵列(FPGA)的媒体存取控制器(MAC)已经可以工作。FPGA还不是芯片级的产品,是在芯片生产之前用来验证和测试逻辑功能的,完全芯片级的平台要到今年年底实现。这将是两个芯片的方案,相比较于DS-UWB目前的四芯片方案在成本、体积和功耗上占有较大的优势。

  在理解UWB的时候有必要知道UWB不仅仅指的是DS-CDMA或MBOA,他们仅仅是处于UWB完整架构的最底层。让我们看一下除了这最底下的一层,UWB还有哪些内容。

  

  Wireless USB:无线USB;

  Wireless 1394:无线1394;

  Application Profile:应用层协议子集;

  DLNA compliant: DLNA兼容,DLNA是数字化客厅网络联盟的缩写(Digital Living Network Alliance);

  PAL:协议适应层,(Protocol Adaption Layer);

  UPnP/IP:即插即用多媒体IP电话;

  Wimedia Convergence Platform: Wimedia汇聚平台。Wimedia是无线多媒体的缩写(Wireless Multimedia);

  DS-CDMA or MBOA Specification: DS-CDMA或MBOA规格。DS-CDMA是直接序列CDMA的缩写(Direct

  Sequence);MBOA是多频带OFDM联盟的缩写(Multi-Band OFDM Alliance)。

  DS-CDMA或MBOA相当于物理层,位于整个架构的最底层,她还分成两个子层,即物理层(PHY)和物理层的控制器层(MAC)。在其上面是WiMedia的汇聚层,有点类似于链路层或事务层,介于物理层和应用层的中间。在WiMedia汇聚层的上面就是应用层面的无线USB、无线1394和其他的应用环境,这些层多已被IEEE802.15.3a确认。

  无线USB的规格将在今年年底之前颁布,这里大家首先要弄清楚这个无线USB的标准是得到USB IF确认的,而并不是之前由Cypress公司推出的那个企业标准。无线USB的推动者小组成员包括英特尔、惠普、微软、德州仪器、飞利浦、三星、NEC和Agere。它们将负责建造一个与USB兼容的应用软件栈,以及和1394及WiMedia合作创建分享UWB射频的规则。

  获得USB的支持和支持USB对UWB是非常重要的,大家都知道USB的应用已经非常普遍,但现在的USB外设都是有线的,需要通过一根线缆与PC主机相连,例如打印机、数码相机和外置硬盘等。这个数字非常巨大,今天已经有15亿条USB的线缆存在于我们的生活中,而这个数字到2006年时将大幅增长到35亿,这表示有差不多这个数量的USB设备和主机。无线USB的目的是消除线缆,而用无线的方式收发信号。在PC主机和外设这两端依然以USB的方式工作,所以必须有一个与USB兼容的应用软件栈。而无线发射这一块需要使用UWB的射频,由于1394的设备和其他设备(非USB和1394)也需要通过UWB的射频来进行无线收发,他们将在WiMedia这一层汇聚,不管原来是什么信号,在经过WiMedia汇聚层后转换成相同的信号传送给物理层发射。换句话说,就是要分享UWB射频。

  MBOA已经得到无线USB的批准,而DS-CDMA尚未,这对于DS-CDMA是一个严重的缺憾。

  同样1394也是非常重要的,特别是在消费电子市场上。我们今天比较熟悉的1394设备是数码摄像机(Camcorder或DV),1394与USB最大的不同是外设与外设之间可以直接通讯。USB采用主/从的架构,比较多见的主机是PC机,而其他外设都是从设备,他们或直接或经由集线器(Hub)连到主机,所有的操作必须由主机来主导,这很适合于PC及其周边设备的应用,但显然不适合于消费电子产品的互联;1394采用对等的架构(peer-to-peer),联网的设备彼此之间都可以通讯,例如机顶盒和DVD机可以同时播放,而电视机和刻录机可以选择其中的任何一个节目源,而这并不需要一台主机的控制。今天在市场上已经有3亿条1394的线缆,这个数字将随着数字电视的普及在今后几年中大幅增长。

  与无线USB不同,无线1394对DS-CDMA和MBOA都支持。无线1394的主任成员较之于无线USB的推动者小组成员的范围要更广泛一些,尽管英特尔和飞利浦不在其中,但有索尼、松下、三菱这样的消费电子制造巨头,也有苹果、昆腾和牛津半导体(昆腾是做硬盘的)这样的PC及其外设制造商,还有软件商,像Mindready、Vividlogic和Newnex等,以及Molex。它们将负责构建一个1394协议适应层(PAL)以支持400Mbps的无线1394,还要与WiMedia协会合作以实现兼容性和互操作性。

  WiMedia协会的任务看起来比较多一些,它需要建立一套程序用于认证和保证互操作性;要能支持多协议的架构,比如无线USB、无线1394和DLNA,要支持公平竞争和传输数据的安全性;要支持即插即用和建立基于IP的应用程序栈来支持多媒体数据流。该协会成员包括英特尔、惠普、德州仪器、飞利浦、三星、LG、意法半导体、夏普、柯达等,摩托罗拉亦在此成员之列中。

  所以我们应该看到所谓的UWB是一个完整的系统,而不仅仅是现在人们热衷讨论的DS-CDMA或MBOA。只有充分理解这一点才算是理解了真正的UWB,而只有全面地支持所有这些协议层,才可以说是一个完整的UWB系统。

  回到DS-CDMA或MBOA的标准之争,我们究竟如何去判断孰优孰劣呢?其实两方面都有各自的优缺点。DS-CDMA技术是单频带方式或窄脉冲方式,多个传输任务可共享整个频带的频率,对现有的、许可频带内的用户造成的干扰比较少,成本可以做得比较低、上市的时间较短,易于实现低功耗、低速数据流的无线传输,可实现更高速的无线数据传输,应用于媒体流及大量的数据传输;MBOA技术是多频带方式,技术上易于实现、功耗很低,频带的利用率高,多个频率子带并列,可以避开某些频带、灵活配置,速率的扩展性好。

  以无线电频率管理来说,有两个基本的原则:1.新的无线电技术不得对已有的无线电台(系统)造成有害干扰;2.受到干扰不得提出保护要求,既要能忍受已有无线电台的各种干扰。这对于DS-CDMA比较头疼,因为它使用整个3.1-10.6GHz频段,而有些无线技术就使用其中的一些频率,例如802.11p的载频是5.8GHz;而MBOA使用多个频率子带,可以很方便地避开这个频率。

  (对不起,我无法说得更具体,事实上两个技术都不错。)

  在市场推广方面,两个阵营分别组建了自己的联盟,都建有自己的网站。DS-UWB组建的联盟是UWB论坛(UWB FORUM),网站地址是www.uwbforum.org。MBOA的组织就是这个名称,网站地址是www.multibandofdm.org。

  UWB论坛目前有77家会员,其中有十几家高校和研究所,占了近15%。MBOA联盟已有170多个成员,几乎集中了所有的大型跨国公司和集团,这是一种优势,因为开发、推广、应用一个新的技术和产品需要大量的投入,远远不是一二家企业所能承受的。而且UWB一个很重要的应用是把家庭中的电器产品连接成微微网(Piconet),需要有大量的电器产品支持,这就要求有大批的家用电器和计算机制造商提供这样的产品。

  那么UWB的现状究竟是如何的呢?还有多久用户才能享受到这一新技术和新标准带来的全新体验呢?其实新技术、新产品的开发需要经过以下四个阶段:1.芯片阶段;2.模块阶段;3.系统阶段;4.产品阶段。DS-UWB已处于模块阶段,而MBOA刚刚进入芯片阶段。用户仍需要等待一段时间。即便是达到了产品阶段,还需要经受市场的考验,不然重蹈蓝牙技术的覆辙,昙花未现便已凋零,不管谁赢得了标准之争也只能是一个失败的尝试,这需要整个产业链的共同努力。

  撇开UWB内部的标准之争,我们还应该看到在数字化家庭这样一个应用领域UWB还远远谈不上一花独放。802.11也正在跃跃欲试,WLAN的劣势是她的传输速率比较低和对多媒体数据流的支持不够,但传输距离长却是她的优势。802.11正在试图突破这些技术瓶颈,能否在不久的将来实现值得我们关注。UWB传输距离短的局限(10米)也使得她只能构建微微网,即便在一个家庭内部也无法真正实现网络化,这需要结合有线的传输技术,例如1394a/b、USB2.0或USB OTG。有线技术同样具有很多的优点,比如电磁干扰小、传输稳定、安全性高等等,另一个优势是这些标准已经成熟,产品经受过市场的考验,也符合消费者的使用习惯。另外, 在关注UWB的同时,开发其他更实用与更迫切的数字接口技术也逐步提上日程。

 

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