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在喧嚣中崛起的UWB技术

Graham Prophet?? EDN Europe主编?? 2006年11月15日 ?? 收藏0

  超宽带(UWB)似乎正蹒跚在标准化和产品推广的道路上,我们已看到了各种事件的发生:技术分歧、对产品目标的彻底修改、一个IEEE工作组的解散,等等。争论还会继续,但硅片已成形,技术也日益合用。
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  与通信业中的许多创新一样,超宽带(UWB)技术也经历了漫长的道路。40 多年前,研究人员就在做时域电磁工作时,研究了 RF 系统对一个脉冲而不是连续激励的响应特性。超宽带这个词似乎出现在20世纪 90 年代初,随着连网信息设备和娱乐设备中各种连接对带宽的需求不断增长,开始出现了今天广泛使用的 UWB 概念。即采用扩频信号通过一个极宽带宽(数 GHz)以极低电平(指发射的 RF 电平),使一个高数据速率信道能在短距离上(数米)承载高达 1 Gb/s 的流量,并且能与占用相同 RF 带宽的普通用户共存,不会对其它信号造成干扰。由于该信号的低功耗和扩频特性,在频段内工作的一台“常规”接收机只会看到背景噪声略微上升(最差情况下)。最短距离上的设备间通信已被叫做“个人局域网”(PAN), UWB 是无线 PAN(W-PAN)——短距离无线通信的自然候选者。

  美国 FC

C 放开了大量频谱段(从3GHz ~ 10GHz,见图 1),于是上述这类系统可以免许可使用这些频段(只能在美国),只受制于系统的一些约束,从而使这一概念出现了重大飞跃。其中最重要的是辐射功率,根据扩频信号的规范,功率极限被定义为频谱密度 -41.3 dBm/MHz。在世界多数国家中,管理机构正在考虑类似的提议,但美国的分配方法是最大方的,远远走在前面。在这个阶段,W-PAN 概念开始呈现一种非常清晰的轮廓:数米距离、充足的带宽,以无线方式连接家庭娱乐系统,是理想的通用互连方法。在实现这种标准化的道路上导致了各种特殊兴趣小组和 IEEE 工作小组 802.15.3a 的建立。在这一点上,一般的假设是 UWB 会基于脉冲射频技术。示范表明,结合了适当脉冲整形的脉冲调制方案可以满足频谱要求,而码分方法可以使多个用户共享带宽。基本上,这是 UWB 的直接序列(DS)变种。在标准化工作早期阶段,倡议者经常引用一个标准“用例”,即将一台 DVD 或机顶盒连接到电视机或其它高分辨率显示器上。事实上,这将是没有电缆线的一种 SCART 电缆连接。

美国FCC放开了大量频谱段


  近年来,情况又发生了变化。在 2003 年,开始讨论一种用于信号传输的脉冲射频或 DS 方案的替代品;2004 年,一个德州仪器(Texas Instruments)公司的工作小组由 Anuj Batra 率领在 802.15.3a 小组前提出一个草案。该草案没有用 DS,而是提议采用 OFDM(正交频分复用),并指出这种方法也可以用一个宽带扩频信号来实现高数据速率,同时符合 FCC 的频谱模板。OFDM 作为一种广为人知的技术,很多方面有自己的吸引力,如它所需的主要 DSP 功能块在手机射频领域随处可见。

  接下来是一个冗长的争辩时期(大约两年),其时,IEEE 工作小组分化成了两个派别,各自的拥护者们制定了一种或另一种调制方案。这一争执的详细过程太复杂,此处不表。至于硅片供应商们则是要做到转换简单化,双方分别是 Freescale/Motorola(DS“阵营”)和“其余厂商”(包括 TI,但还围绕着一些业界重量级企业,如 Intel、Philips 和 ST,以及一些新公司)。由于双方都不屈服,在痛苦、绝望、遗憾或解脱的气氛中,该工作小组在今年初采取了一个不寻常的步骤,用解散来打破这个僵局。

  关于调制方法的争论或多或少地与其它办法同时发生,这种办法将我们带到了UWB 今天所处位置:那就是其它标准的护卫者的一种认识,UWB 为他们提供了升级和/或走向无线的机会。因此,USB 和蓝牙(Bluetooth)均选择了 OFDM-UWB,这是 WiMedia 联盟认可和控制的格式,它是已经明确支持 OFDM 方案的组织之一。

  Intel 极力推广的无线 USB 将采用 UWB 射频媒介作为无线物理层,UWB 现在预期的最高数据速率480 Mbps恰与 USB 2.0 相匹配,这不是巧合。当然,对于已经是一种无线规范的蓝牙来说,UWB 将提供一种替代的射频信道,能以高速或突发方式传输大型文件。两者现在支配着 UWB 的发展,那么,什么是“没有电缆线的 SCART 电缆”?Staccato 通信公司业务发展副总裁 Mark Bowles 说:“这是个错误的问题。随着高分辨屏幕越来越大,该应用离我们也越来越远。从一台 DVD 播放机向大型等离子或LCD屏幕发送[未压缩的]视频是一个数 Gbps 的任务, UWB的现版本还没有达到那个地步。”

  随着802.15.3a小组的退出,OFDM UWB在ECMA368下作标准化


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UWB? 无线? PAN?

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