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UWB技术发布回顾

2006/2/8/10:53 来源:日经BP产业 作者:高桥 秀和
  美国英特尔公司于2月28日在该公司主办的开发商会议“Intel Developer Forum(IDF)Spring 2002”上公开演示了下一代短距离无线技术“UWB(超宽带技术)”。主要有如下三大特点:(1)高达数百Mbit/秒的高速通信;(2)耗电量为现有无线技术的1/100以下;(3)较现有无线技术成本更低。  

  除英特尔外,美国Time Domain、美国Multispectral Solutions以及美国XtremeSpectrum等公司也在进行UWB无线设备的开发和生产。这些公司都正在从事军用无线设备及雷达方面的研发。UWB是以军用雷达为主要用途,从1960年开始开发的军用技术。 

  冷战结束后,由于受到军转民潮流的影响,各家企业展开了游说活动,以便解除对UWB的民用禁令。UWB的最终解禁是2002年2月14日。这一天美国FCC(美国联邦通信委员会)准许该技术进入民用领域,用户不必进行申请即可使用。 

  UWB为什么主要用于短距离无线通信? 

  UWB此前并非只是因为军事上的原因才无法进行民用的。其主要原因在于UWB所特有的“超宽带”特点。 

  在基于UWB的通信中所必须的频带宽度相当大,从500MHz直至数GHz。比如,英特尔的试制机使用的就是从2GHz频带至6GHz频带之间的4GHz带宽。也许有很多人不清楚这个带宽到底有多大,但是模拟手机使用的带宽仅为30kHz,甚至连采用同时使用多个带宽的OFDM(正交频分复用)技术进行高速通信的IEEE802.11a所使用的带宽也只不过是18MHz(日本标准)。 

  但实际上并不存在空闲如此之宽的频带。所以,无论怎么做,总是要出现与现有无线技术所使用的频带相互重叠的部分。可以说这不是一项进行频带分配,而是一项以共享其他无线技术使用的频带为前提的无线技术。 

  当然,还存在着用户申请的壁垒。IEEE802.11a和11b等无线LAN产品,用户不必申请许可即可使用。如果只能购买而不能使用的话,那么就不可能得到普及。因此对于UWB而言,不可或缺的是解禁必须以免除用户申请为前提。 

  最终,2002年2月FCC准许UWB技术进入民用领域的条件就是:“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz(换算成功率则为1mW/MHz)的条件下,可将3.1G~10.6GHz的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测距和无线数据通信”。 

  发射功率的大小决定其传输距离。据英特尔按照FCC的规定而进行的演示结果显示,对于10米以内的距离,UWB可以发挥出高达数百Mbit/秒的传输性能,但是在20米处反倒是IEEE802.11a/b的无线LAN更好一些。也就是说,既然UWB将与现有无线技术共存,就不会被用于长距离传输。 

  UWB实质上是短小精悍的“脉冲” 

  之所以需要如此的带宽,是因为UWB是与手机和无线LAN等现有无线通信完全不同的方式。 

  现有的无线通信为了划分频带而使用“载波”。载波的频率和功率在一定范围内变化,从而利用载波的状态变化来传输信息。 

  而UWB则不使用载波。它使用“脉冲”信号进行信息传输。所谓脉冲,就是指产生和消失时间极其短暂的瞬间电流。而UWB方面,其产生和消失时间仅为数百微秒至数纳秒以下。1毫秒是1/1000秒,1微秒是1/1000毫秒,1纳秒相当于1/100微秒。由于在1纳秒的时间里光也只能传播约30cm的距离,可见这种脉冲非常之短。 

  如果将这种脉冲按频率来分析,则可以将其分解成多种频率的波(正弦波)段。由于是肉眼看不见的电波,因此难以直观地进行把握,但正如可利用棱镜对光进行分解、得到各种波长的光一样,也可以使用类似的方法进行分析。 

  如果减小脉冲的长度,那么频带宽度的增加将与时间成反比。在使用脉冲传送信号时,脉冲长度越小,单位时间内传送的信号就越多。反过来说,带宽越宽就能够传送更多的脉冲。不仅速度可以提高,而且还能有效地降低耗电量。由于加电时间极其短暂,因此平均耗电量很低。

  会产生微弱的噪音干扰 

  不过,麻烦的是,含高达数GHz频带的频率成分的脉冲对于其他无线通信而言,只是干扰通信的噪音而已。FCC在充分考虑干扰的危害性之后,才最后决定解除对UWB的民用禁令。但是美国国防部和航空界至今仍然认为可能会造成干扰。看来即使在UWB的发祥地--美国,人们的意见也并不统一。 

  目前在日本国内的情况是,即没有充分的实证性数据,也没有在日本电波法这一框架下对如何使用UWB进行讨论。日本总务省的观点是:“美国和日本的国情不同。无法直接照搬美国标准”。 

  现在令人担心的是,UWB会干扰到利用来自宇宙的微弱电波进行观测的电波天文台。美国的电波天文台大多设立在以沙漠为主的无人地区,而日本的电波天文台有的就设置在离民房和道路不远的地方。虽然可以通过更新设备来调整频带,但不管怎么说都需要耗费较长的时间。 

  一旦获准,就将用于个人电脑 

  在以上分析的基础上,我们来预测一下UWB一旦在日本得到批准后,在个人电脑上的应用前景。毫无疑问,核心问题是硬件与软件的支持。 

  硬件方面,美国Time Domain公司和美国Multispectral Solutions公司已经达到了即将开始提供UWB芯片组工业样品的阶段。估计最快将于2004年进行正式投产。 

  最有可能的情况是:将UWB集成到个人电脑芯片组中。目前,英特尔正在进行研究和开发,以便将其配备于芯片组中。这是因为与使用载波的无线技术不同,由于脉冲发生的电路结构简单,因此相对来说比较容易在芯片组中集成。 

  英特尔总裁保罗·奥特里尼(Paul Ottelini)已宣布:“将在Banias中集成无线LAN功能”。Banias是与Crusoe相抗衡的低耗电处理器,计划于2003年上半年开始供货。在这种芯片组中将集成无线LAN功能,也就是IEEE802.11(是a还是b 尚未确定)。尽管UWB技术目前还处于开发的初始阶段,各种产品的投产时间尚未确定,但是在Banias芯片组中积累的经验一定会派上用场。 

  在超高速无线技术方面,目前60GHz的使用微波频带的无线技术也正在开发中。尽管如此,要想把使用大大超过半导体工作频率的频带的无线技术集成到芯片组中还是非常困难的。 

  OS的支持方面,如果继续使用现有的软件,那么制造商的负担也许并不大。这是因为UWB只不过是相当于接口最下层的物理层规格。比如,英特尔将UWB定位于“无线USB2.0”。实际上,尽管还面临着如何认证与个人电脑连接的设备等无线技术所特有的问题,但是只需提供用于控制终端产品的设备驱动程序,基本上就可以直接沿用上层程序。 

  另外也可能将其作为蓝牙的物理层来使用。Time Domain和Multispectral Solutions等公司已经向旨在推进面向短距离通信的无线方式标准化的IEEE802.15委员会提出了UWB规格。所谓IEEE802.15就是指已经标准化的蓝牙技术。设立于2002年1月的研究小组“SG3a”的目标就是:专门面向动态图像传输,制定数据传输速度在100Mbit/秒以上的无线技术标准规格。该小组将于2003年4月至7月间确定相应规格。如果不出意外的话,或许UWB将作为“蓝牙2”出现在用户面前。

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