进化中: 超宽带——下一代无线连接

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超宽带——下一代无线连接

原文作者：Rafael Kolic
原文链接：Ultra Wideband -- the Next-Generation Wireless Connection
译者：小佟

超宽带（UWB）无线接入简介

作者 Rafael Kolic 2004年2月24日

近期，Intel公司推出一项计划纲要，推动一套基于标准的完整公用超宽带（UWB）无线接入技术平台的建设。Intel公司称，未来基于UWB技术的产品可以通过此平台实现家庭或办公室内产品间多媒体内容的高速传输。此白皮书由Intel企业技术组技术销售经理Rafael Kolic编写，介绍了超宽带（UWB）无线接入的应用及其底层技术。

超宽带——下一代无线连接

Rafael Kolic著

概述：转向现实世界

不久的将来，在数字家庭中，人们将在室内或更远的距离内通过联网的消费电子、PC和移动设备共享照片、音乐、视频、资料和语音。例如、用户无需进行任何连线就可以将PC或消费电子（CE）设备（比如摄像机、DVD播放器或个人录像机）中的视频传输到平板高清电视（high-definition television）上显示。

超宽带（UWB）是能将上述化做现实的首选。UWB是一种为短距离个人区域网（或PAN）而设计的无线接入技术。今年，UWB正从实验室转向标准化，这对现实产品的开发是非常关键的一步。

近期，有关UWB的工业成果不一而足：研究人员对UWB做了"概念型"演示；行业工作组成立，并将对UWB的物理层（PHY）、MAC层以及动行在此无线平台上的应用做出定义。在美国，联邦电信委员会已批准UWB无线传输可以全法运行，要求工作频带为3.1GHz到10.6GHz并且发射功率小于1dB/MHz。日本监管机构出台了第一份UQWB实验许可，允许UWB发射器在日本运行。

数字家庭的要求

为什么UWB被很多人认为是无线空间的下一件"大事"？首先，它在10米或30英尺的距离内实现低功耗情況下的高数据吞吐量，这样的距离完全符合数字家庭的要求。目前，公众演示的UWB最快数据传输速率是惊人的252Mbps，而480Mbps的传输速率有望在不久的将来实现。

数字家庭的要求：多媒体内容数据传输速率要高；用于传输到其它设备的连接距离要短；由于电池容量有限，所以功耗要低；由于市场价格压力和其它可选的有线连接方式，所以复杂度和成本要低。把视频从摄像机传输到娱乐PC只是其中一个情景。另一个模型是在更大的显示器上观看数码相机中的照片。去掉家庭办工室中打印机、扫描仪、大容量存储器和摄像机的所有有线连接则是另一个可能的景象。

密切相关的是消费电子设备的无线连接。便携的CE音频/视频（A/V）设备（比如DV摄像机、数码相机、便携MP3音乐播放器、HDTV显示器、个人摄像机（PVR）、娱乐电脑和新兴个人视频播放器都是早期UWB主流市场的候选者。

UWB更广泛的应用

UWB无线电技术横跨了很多应用和工业领域，甚至杜撰出了"公用UWB无线电平台"。UWB无线电技术加上会聚层构成了不同应用的底层传输机制，其中一些应用目前只用有线连接的方式。运行在公用UWB平台上的一些更显著的应用有无线通用串行总线（WUSB）、IEEE 1394、下一代蓝牙和通用即插即用（UPnP）。图1

中可以直观的看到。

UWB概念有很多潜在的应用，因为它创立了首个高速无线互连。UWB技术实现了高性能与易用性的整合，这是目前其它互连方式无法比拟的。

目前，作为PC平台可选电缆连接的有线USB占据了大部分市场份额。对电缆的需求本身对用户指示了便利性和可用性挑战。运行在超宽带上的无线USB使PC与外设分离的同时提供了用户所期望的与有线USB相当的性能，必定会占领大部分的PC外设无线连接市场。

UWB的一个应用示例，比如将便携媒体播放器（PMP）拿到PC、笔记本电脑、硬盘驱动器等资料源附近，如果通过了授权并得到了证实，则PC和此设备间便可以传输大量视频文件数据以便接个来在PMP上观看。

例如，无线连接对于壁挂式等离子播放器是理想的选择，因为从审美的角度，人们希望播放器与机顶盒（STB）或娱乐电脑之间没在电缆。这种应用模式的一种变化形式是将信息同时传输到多台设备上。这可以实现画中画功能，还可以在多个观看设备上播放相同或不同的内容。

近距离观看UWB技术

传统的UWB发射器通过在几GHz带宽的频谱上发送数十亿的脉冲的方式工作。相应的接收器接收发射器发送出的熟悉的脉冲序列并将其解释为数据。特别的是，UWB的定义同其它无线电技术一样，都有一个占中心频率百分之二十以上带宽的频谱，或者带宽至少为500MHz。

现代UWB系统使用其它调制技术，比如正交频分复用技术（OFDM），以占据这些极宽的带宽。另外，多频带与OFDM调制的组合使用要远优于传统UWB系统。多频带OFDM技术允许与窄带系统（比如，802.11a）的良好共存，适应多种监管环境，具有可扩展性并向后兼容。这种设计技术能够通过动态关闭子频带以遵守当地规章，并且可以通过关闭独立的OFDM调位来遵守当地制度，以在所分配的频谱上动行。

2003年6月随着多频带OFDM联盟（MBOA）的成立，针对各个子频带的OFDM加入到了最初的多频带技术中，目的是为UWB开发最好的技术解决方案。迄今，多频带OFDM联盟已经超过60个成员，并且在不断增长，这些成员都支持唯一的UWB技术方案。

多频带OFDM技术中，将7.5GHz的频谱分成了若干个528MHz的频带。这样可以选择使用特定的频率范围而保留其它未使用的频谱片段。这种可以工作于频谱特定范围的无线电动态调整能力对于适应全球不同地区政府的监管限制非常重要。

MBOA提议的频带方案包含五个逻辑频道（见图2）。频道1包含最前面的三个频带，强制要求UWB设备和无线电通信设备使用。多组频带使得多频带OFDM设备可以多模式操作。目前多频带OFDM联盟的提议中，频带1用于设备的模式1（强制模式），其它的频道是可选的。每个频道有四个时-频编码，因此当前的MBOA中允许有20个微微网。另外，如果存在未经批准的全国性信息基础设施干扰存在时（比如802.11a），比提议还提供了避免使用频道2的灵活性。

OFDM调制

每个频带上发射的信息都用OFDM方法调制。OFDM将数据分配在大量以精确的频率相互间隔的载波上。这些分割实现了此技术中的正交，防止了解调器看见各个频率而不是它们自己。OFDM的优点是高频谱效率，避免RF干扰以及低多径失真。

通过将OFDM调制技术与多频带组合使用，用单个RF链收集多径能量变得容易并且允许接收器在不牺牲子带和数据速率的情况下处理窄带干扰。这些优点与关闭单个频带的能力有关并且简化了用前向错误更正代码恢复受损频带的过程。

制造考虑项

虽然这样做会增加无线电设备设计的复杂度，但是重要的是OFDM（FFT/IFFT）的关键信号处理单元需要大约50K个门，而这只占整个硅总面积非常小的一部分。并且，这些功能可以用深亚微米工艺制造，对于接收路径功能的大部分又一次证明了Moore定律。

总结

开发人员正在志立于在不久的将来展开UWB技术的应用。随着公用UWB开发平台的标准化，PC、移动电话和消费电子工业制造商可以选择UWB作为物理层。这样，他们可以利用此技术所提供的低电压、宽带宽的优势。Intel开发人员正在研究各种UWB技术，包括下一代开发工作，他们相信这是使先进通信在将来广泛应用的关键一步。