UWB超寬帶技術(shù)挑戰(zhàn)最后一公里

　　盡管UWB的發(fā)展中存在著頻率管制、標(biāo)準(zhǔn)化及面對(duì)其他無線技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)等難題，但是可以預(yù)見，它將在消費(fèi)電子領(lǐng)域、通信領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。

　　超寬帶(Ultra　Wide　band，UWB)技術(shù)始于20世紀(jì)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，又稱為基帶通信、無載波通信，主要用于軍用雷達(dá)、定位和通信系統(tǒng)中。該技術(shù)是一種新穎的無線通信方式，作為短距離無線高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N解決方案，國(guó)際電信聯(lián)盟第一研究組(ITU　Study　Group　1)宣布，UWB成為“全球性監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)”，這意味著開發(fā)USB應(yīng)用將成為全球業(yè)界競(jìng)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(dá)1Gbit/s)、抗多徑能力強(qiáng)、功耗低、成本低、穿透能力強(qiáng)、低截獲概率、與現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)共享頻譜等特點(diǎn)，已經(jīng)成為無線個(gè)人域網(wǎng)(WPAN)的首選技術(shù)。

　　標(biāo)準(zhǔn)化情況

　　目前UWB標(biāo)準(zhǔn)化的工作還沒有完成，一些技術(shù)問題需要不斷完善，但它將可能成為新一代WLAN和WPAN的技術(shù)基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)超高速寬帶無線接入。專家指出，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。

　　在UWB物理層兩種技術(shù)方案中，DS-UWB產(chǎn)業(yè)發(fā)展相對(duì)領(lǐng)先，目前已有多款商用芯片問世，產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入模塊階段(IEEE1394和PCI應(yīng)用模塊，無線USB應(yīng)用模塊)，2004年8月獲得了FCC的批準(zhǔn)，嵌入DS-UWB的電子產(chǎn)品可以在美國(guó)市場(chǎng)銷售。

　　IEEE　802.15.3a高速UWB的上層協(xié)議由WiMedia　Alliance負(fù)責(zé)。2005年3月，WiMedia聯(lián)盟與MB-OFDM聯(lián)盟合并，顯著提高了開發(fā)超寬帶標(biāo)準(zhǔn)和互操作性的效率，但這并沒有改變最終結(jié)果。經(jīng)過四年?duì)幷撝?，IEEE負(fù)責(zé)802.15.3aUWB標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)小組經(jīng)全體投票一致通過決定解散，消費(fèi)者將自己選擇他們認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)化組織Ecma　International的成員采用其MB-OFDM標(biāo)準(zhǔn)作為消費(fèi)產(chǎn)品中使用的UWB全球標(biāo)準(zhǔn)，并將標(biāo)準(zhǔn)提交ISO/IECJTC1快速通過。

　　盡管標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪激烈，但國(guó)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(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的地位。該標(biāo)準(zhǔn)包括對(duì)共享頻帶能量裕度損失的計(jì)算方法、對(duì)于發(fā)射頻譜和帶寬的新定義、對(duì)于自由空間多余發(fā)射的限制、測(cè)量射頻噪聲的頻率獨(dú)立方法、UWB傳送測(cè)量、UWB的關(guān)鍵特性、UWB器件對(duì)其他RF系統(tǒng)的影響，以及用于推出UWB系統(tǒng)的框架等內(nèi)容。業(yè)界認(rèn)為，該標(biāo)準(zhǔn)的最富價(jià)值且最重要的部分，是長(zhǎng)達(dá)800頁對(duì)UWB基于現(xiàn)有RF系統(tǒng)影響的描述。對(duì)于給出關(guān)于UWB監(jiān)測(cè)方法的精確定義，以及為實(shí)現(xiàn)實(shí)用系統(tǒng)提供的指導(dǎo)方法等內(nèi)容也都非常有用。據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，歐盟射頻頻譜委員會(huì)已經(jīng)批準(zhǔn)了歐洲的UWB規(guī)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(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(CCSA)日前在國(guó)內(nèi)率先完成“UWB與TD-SCDMA干擾保護(hù)研究”的研究報(bào)告。今后還將陸續(xù)發(fā)布“UWB與IMT-2000FDD”、“UWB與GSM”、“UWB與IMT-Advanced”研究報(bào)告。

　　根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Northern　Sky　Research(NSR)的最新報(bào)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(xiàn)。

　　據(jù)In-Stat預(yù)測(cè)，從2006年開始到2008年，UWB設(shè)備將以每年400%的增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。美國(guó)UnstrungInsider公司也預(yù)測(cè)，2007年全球基于UWB的電子產(chǎn)品和芯片組的出貨量將達(dá)到4500萬個(gè)，而這一市場(chǎng)可能會(huì)增長(zhǎng)到6.3億美元。

　　關(guān)注干擾問題

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

　　干擾問題始終是制約民用超寬帶技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要問題。FCC規(guī)定UWB設(shè)備主要的工作頻段將位于3.1GHz和10.6GHz之間這個(gè)頻段內(nèi)，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(yán)格的功率控制標(biāo)準(zhǔn)。除了要考慮對(duì)已有通信系統(tǒng)的干擾外，還要考慮對(duì)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(biāo)準(zhǔn)。另外，來自于其他無線通信系統(tǒng)的信號(hào)對(duì)UWB接收機(jī)的帶內(nèi)干擾問題。UWB設(shè)備發(fā)射功率譜密度很低，UWB接收機(jī)中容易受到噪聲和干擾影響，特別是來自窄帶無線系統(tǒng)的阻塞干擾。目前，隨著4G標(biāo)準(zhǔn)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(duì)未來的4G系統(tǒng)提供保護(hù)，必須開展UWB與4G的共存研究。DAA(detect　and　avoid)作為UWB的防干擾技術(shù)在日本和歐洲越來越受到重視，為了保護(hù)未來4G移動(dòng)通信系統(tǒng)，一些國(guó)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(guī)劃研究組)下曾經(jīng)設(shè)立了1/8任務(wù)組(TaskGroup1/8)，研究范圍為“UWB設(shè)備和無線通信業(yè)務(wù)之間的兼容性”。在該任務(wù)組研究期內(nèi)，提出了全球UWB頻譜分配和監(jiān)管的若干原則。UWB具有極寬的發(fā)送帶寬，當(dāng)與其它窄帶業(yè)務(wù)共存時(shí)，多個(gè)UWB設(shè)備產(chǎn)生的集總效應(yīng)或者當(dāng)UWB設(shè)備距離很近時(shí)有可能對(duì)其他設(shè)備造成干擾，因此CCSA于2005年初在無線通信技術(shù)工作委員會(huì)成立專門工作組，研究UWB與其他無線通信系統(tǒng)干擾保護(hù)問題。

　　由于UWB傳輸距離非常有限，在很多家庭應(yīng)用中必須與有線系統(tǒng)結(jié)合才能發(fā)揮作用，這就使其無論在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段還是在實(shí)際環(huán)境的安全保護(hù)工作中，都需要考慮到與有線系統(tǒng)融合后的情況。

　　802.11n對(duì)UWB構(gòu)成威脅是不爭(zhēng)的事實(shí)，802.11n的應(yīng)用領(lǐng)域和UWB“撞車”，而且其500Mbit/s的高速數(shù)據(jù)率也使UWB的高速優(yōu)勢(shì)面臨挑戰(zhàn)。

　　迄今為止，超寬帶理論體系還不完善，關(guān)于其工作機(jī)理和特性還有很多疑問，如超寬帶信號(hào)傳播特性、信道模型、超寬帶天線設(shè)計(jì)理論以及超寬帶信號(hào)處理理論等，而這對(duì)超寬帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用至關(guān)重要。

　　盡管UWB的發(fā)展中存在著頻率管制、標(biāo)準(zhǔn)化及面對(duì)其他無線技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)等難題，但是可以預(yù)見，隨著這項(xiàng)新技術(shù)的發(fā)展，UWB將在消費(fèi)電子領(lǐng)域、通信領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。開發(fā)USB的大規(guī)模應(yīng)用將成為全球業(yè)界競(jìng)相追逐的技術(shù)新熱點(diǎn)，將為產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)創(chuàng)造效益，為用戶帶來方便。