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UWB在家庭网络市场的应用

2006/1/17/10:53 来源:IT专家网

  随着多媒体设备和应用的增加,家庭市场对于无线连接的需求也更为迫切。家庭无线市场不同于其它市场,因为它同时要求能支持多个数字串流的高传输速率、有利于消费者广泛接受的超低成本,以及能嵌入手持装置的超低功耗。以全新方式设计出的超宽频(UWB)无线通讯系统,即针对家庭市场的超高标准做出了响应。

  消费电子市场逐渐转向以媒体娱乐为主,且一般都是由电池驱动手持设备,成本也不断在下降。另外,支持多数字视频或音频炼的网络都要求更高的频宽。数字显示设备(等离子或DLP显示器)、PDA和MP3播放器等全数字格式的设备,其传输速率从每秒数百个Kbps(如MP3的传输率为320kbps),到几十个Mbps(如MPEG2格式的DVD传输率是10Mbps,而MPEG2 HD则高达25Mbps)。

  要想为这些设备增加无线连接功能,必须做到高传输率、低耗电与价格经济三者之间的均衡,才能够同时兼顾快速、增加电池寿命并且吸引消费者的目光。

  理想的家庭多媒体应用解决方案

  目前家庭中有各式各样的娱乐设备,如数字电视、大屏幕显示器、音频/视频接收器、DVD播放机、音响、MP3播放机、数字相机等。如果有合适的无线网络解决方案加以配合,家庭中的网络应用将会继续增长。

  在过去,针对家庭的有线电视、卫星及ADSL等宽频服务难以在不铺设电缆的情况下传送信息到各个设备。有了无线网络后,一个简单的机上盒或者网关器就能够以无线方式在家庭中传送所有宽频内容。另外,机上盒亦可管理住宅内透过同一宽频接入的多个用户的网络接入。

  家庭无线连接前景令人向往,但业界更关心的是现阶段确切可行的无线传输技术。这都可用超宽频(Ultra WindBand, UWB)的方式加以实现。

  UWB是一种全新的无线传输技术,通过在较宽频上传送极低功率的讯号实现114Mbps的传输速率。与蓝芽及IEEE 802.11a/b/g等频宽相对较窄的传统无线系统不同之处在于,UWB能在宽频上发送一系列非常窄的低功率脉冲。较宽的频宽、较低的功率与脉冲化数据,意味着UWB所造成的干扰将小于传统的窄频无线解决方案,并能够在室内无线环境中提供与有线相似的效能。传统的窄频用于大范围与低传输速率的最佳化,而UWB则用于小范围与高传输速率的最佳化。UWB拥有小范围应用的最佳速度/功率潜能。

  直接序列UWB技术

  直接序列超宽频技术(Direct-Sequence UWB)对使用者来说是享受UWB带来所有好处的最佳途径。在家庭环境中,有很多因素都会影响无线电波的传输,例如家具上的折射或者无线电话、无线局域网络等其它无线信号的干扰。这些因素会导致严重的讯号品质问题。而DS-UWB利用可能的最大频宽形成最短的脉冲,可以确保顺利进行连接,使设备能够清楚地侦测出其它设备的位置,最大程度地提高连接效能和服务品质(QoS)。

  DS-UWB是一种性能优异的技术,在整个频段中使用一致的处理技术,能够最大程度地降低家庭中运行其它无线技术的干扰。因此能消除无线媒体传输中常见的抖动和延迟现象,为使用者提供高品质的无线体验。此外,DS-UWB的范围、功耗和速度等等多项性能指针都能得到改进。DS-UWB还具备使用简单的特性。这样可以降低功耗和价位,使其成为大众市场的理想之选。

  DS-UWB是一个可以简单升级到Multi-Gbps的唯一解决方案而且是市面上最经济实惠的产品。目前传输率可达110 Mbps;预期不久后可达500Mbps,且2006将达1+ Gbps。更最要的是,CE UWB是唯一获得FCC认可并取得1394 TA认证UWB PAL的方案。

  以飞思卡尔半导体最新推出XtremeSpectrum UWB方案为例,即实现DS-UWB和IEEE802.15.3媒体接入控制(MAC--Media Access Control)协议,带来完全的无线连接。该平台除包括现有速度超过110Mbps的XS110芯片组外,亦已落实开发数据传输速度分别为220Mbps、480Mbps、甚至高达1Gbps的UWB芯片方案。同时遵守IEEE?802.15.3流式媒体协议以及FCC的规范,并与IEEE802.11b/a/g协议、蓝牙技术、GPS以及所有美规无线系统共存。运用具有高经济效能的0.18μm CMOS和SiGe技术构建,在3.3V条件下的功耗为200mW,最大限度地降低电池供电产品的能源需求。XS110已经验证通过FCC原先于2002年2月所发布的UWB规定,可达到每秒110MB的数据传输率,并可于10公尺范围内提供数个高分辨率(HD)串流。

  美国联邦通信委员会(FCC)2005年3月10日扩大超宽频规定。核准FCC第15章ET Docket No. 04-352的撤回要求,等于明白免除先前要求降低间歇丛发的闸门系统(gated systems)功率之规定虽然这项撤回要求的本意是要修改多频带正交频分多任务(MB-OFDM)技术的测量程序,但FCC委员会也宣布了一项技术中立的撤回声明。在这些规定之下,DS-UWB(直接序列超宽频)技术的多种设计选择,将可让DS-UWB拥有较MB-OFDM技术快4倍的优势。

  相较于原来的规定,根据这项撤回声明,DS-UWB将可在网络上享受快上4倍的数据传输率,或使用更低4倍的电池功率来传输串流资料,或在网络上以加倍的距离和更稳定的电波来传输相同的资料。在相同的范围内,4倍数据传输率的丛发功能及「睡眠」功能等,都能让功率已经相当低的DS-UWB 解决方案额外省下大量的电池电力,这对手机、数字相机和可携式硬盘等未来的DS-UWB应用产品而言,可说是一大助益。而且重要的是,由于更新韧体的动作非常简单,因此飞思卡尔目前的UWB芯片XS110现在就可以重新认证,以利用这项撤回声明的好处,并以两倍远的距离(最高可达20公尺)提供数个HD视讯串流。

  背景链接:UWB(Ultra Wide Band)超宽带无线技术

   UWB也可称为脉冲无线电,可追溯至19世纪。至今UWB还在争论之中。UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升和下降脉冲,脉冲覆盖的频谱从直流至GHz,不需常规窄带调制所需的RF频率变换,脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时间间隔在10 - 100 ps级。频谱形状可通过甚窄持续单脉冲形状和天线负载特征来调整。UWB信号在时间轴上是稀疏分布的,其功率谱密度相当低,RF可同时发射多个UWB信号。UWB信号类似于基带信号,可采用OOK,对映脉冲键控,脉冲振幅调制或脉位调制。UWB不同于把基带信号变换为无线射频 (RF) 的常规无线系统,可视为在RF上基带传播方案,在建筑物内能以极低频谱密度达到100 Mb/s数据速率。为进一步提高数据速率,UWB应用超短基带丰富的GHz级频谱,采用安全信令方法 (Intriguing Signaling Method)。基于UWB的宽广频谱,FCC在2002年宣布UWB可用于精确测距,金属探测,新一代WLAN和无线通信。为保护GPS,导航和军事通信频段,UWB限制在3.1 - 10.6 GHz和低于41 dB发射功率。

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