超寬帶無(wú)線技術(shù)UWB在家庭中應(yīng)用

　　一、概述



　　UWB技術(shù)是一種與其它技術(shù)有很大不同的無(wú)線通信技術(shù)，它將會(huì)為無(wú)線局域網(wǎng)LAN和個(gè)人域網(wǎng)PAN的接口卡和接入技術(shù)帶來(lái)低功耗、高帶寬并且相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)線通信技術(shù)。UWB適用于室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無(wú)線接入和軍事通信應(yīng)用中。超寬帶(UWB)原來(lái)專屬軍方使用的技術(shù)，2002年2月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC正式將其解禁。UWB自問(wèn)世后一直被看作是藍(lán)牙技術(shù)的替代品，它可以讓電腦或其它電子通信產(chǎn)品之間通過(guò)無(wú)線互傳信息，速率達(dá)到480Mbit/s，比藍(lán)牙高的多，且傳輸距離不超過(guò)10米。UWB的主要市場(chǎng)在家庭，與其他無(wú)線技術(shù)WLAN、藍(lán)牙相比，具有一定"相容"性和高速、低成本、低功耗的優(yōu)點(diǎn)使得UWB較適合家庭無(wú)線消費(fèi)市場(chǎng)的需求，例如取代USB作為外設(shè)的接口、把DVD機(jī)播放的視頻流傳輸?shù)礁舯诜块g的電視或PC機(jī)上、在小型公司內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)取��?jù)預(yù)測(cè)，家用市場(chǎng)將是UWB大顯身手的舞臺(tái)。



　　而在目前，摩托羅拉、Intel、德州儀器、意法半導(dǎo)體以及日韓一些廠商已推出UWB芯片和相關(guān)產(chǎn)品。飛思卡爾半導(dǎo)體在上海舉行第二屆無(wú)線多媒體論壇，探討無(wú)線連接和多媒體技術(shù)的最新發(fā)展趨勢(shì)。作為摩托羅拉集團(tuán)的全資子公司，飛思卡爾半導(dǎo)體在會(huì)上展示了業(yè)界唯一實(shí)現(xiàn)正常操作的UWB方案和最新的移動(dòng)多媒體技術(shù)。據(jù)飛思卡爾半導(dǎo)體技術(shù)人員介紹，目前海爾、三星和Global Sun等公司已采用飛思卡爾半導(dǎo)體的UWB技術(shù)在手持?jǐn)z像機(jī)與等離子電視之間實(shí)現(xiàn)無(wú)線視頻流傳輸。在國(guó)內(nèi)，海爾與飛思卡爾半導(dǎo)體日前在北京科技活動(dòng)周上展示了利用UWB技術(shù)在便攜式攝像機(jī)和等離子電視顯示器之間的無(wú)線連接。



　　據(jù)報(bào)道，日本的情報(bào)通信綜合研究所(NTCT)日前利用其試制的UWB無(wú)線傳送裝置成功進(jìn)行了速率最大為320Mbit/s的數(shù)據(jù)傳送試驗(yàn)。試驗(yàn)中傳送了DVD圖像流，并在接收端上進(jìn)行了播放。這是日本國(guó)內(nèi)首次利用UWB無(wú)線傳送圖像的試驗(yàn)。而在2004年4月，英特爾于進(jìn)行了速率為480M bit/s的無(wú)線傳送試驗(yàn)。



　　UWB技術(shù)之所以目前會(huì)引起人們的高度重視，是因?yàn)榕c其他寬帶技術(shù)相比，它具備下列優(yōu)點(diǎn)：



　　1、低耗電量



　　典型的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品(Wi-Fi)耗電量約為33～100毫瓦(milliwatts)，而UWB一般來(lái)說(shuō)都不超過(guò)200微瓦(microwatts)，即可進(jìn)行高速傳輸，尚不及Wi-Fi的千分之五，因此極為省電(Time Domain宣稱其UWB芯片耗電量?jī)H50～100微瓦)。




　　2、具高度安全性


　　UWB的脈沖非常短(通常不超過(guò)十億分之一秒)，也非常弱(遠(yuǎn)小于一般家電)，因此在極廣的頻段間傳輸時(shí)，非常難以被偵測(cè)，同時(shí)其收發(fā)器之間由事先確認(rèn)的辨識(shí)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，接收端必須知道傳送端的脈沖序列(Pulse Sequence)，方能正確收到訊號(hào)，因此具備高度的安全性。



　　3、高速傳輸



　　許多廠商的第一代技術(shù)都可達(dá)到100Mbps的速度，例如：XtremeSpectrum宣稱其產(chǎn)品可在10公尺的距離，提供100Mbps的傳輸速度；Intel的UWB原型產(chǎn)品的傳輸速度可輕易達(dá)到100Mbps。而Time Domain甚至已開(kāi)始研發(fā)可達(dá)數(shù)百M(fèi)bps的第二代UWB芯片，因此可滿足高容量的多媒體串流傳輸應(yīng)用。



　　4、不易產(chǎn)生干擾



　　由于UWB的脈沖非常短，頻段非常寬，因此能避免多路徑傳輸?shù)挠嵦?hào)干擾問(wèn)題，同時(shí)短而弱的脈沖也使UWB與其它無(wú)線通訊技術(shù)(行動(dòng)電話、802.11x、微波等等)間產(chǎn)生干擾的可能性大幅降低，因此可與其它技術(shù)共存。



　　5、精準(zhǔn)的定位功能



　　UWB系統(tǒng)具備良好的時(shí)間解析能力，使其能發(fā)展出精確的測(cè)距能力與定位功能，因此過(guò)去軍方即將其用在雷達(dá)的偵測(cè)系統(tǒng)上。而定位能力的確為UWB獨(dú)到之處，使其可以將通訊與距離偵測(cè)進(jìn)行結(jié)合，而發(fā)展出新型態(tài)的應(yīng)用領(lǐng)域，包括建立高度安全、較佳效能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及精準(zhǔn)的存貨追蹤管理。而在商業(yè)用途上，精準(zhǔn)的定位功能將可應(yīng)用到企業(yè)的倉(cāng)儲(chǔ)管理上，協(xié)助物料與資材的追蹤定位。舉例來(lái)說(shuō)，波斯灣戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，美國(guó)一艘后勤補(bǔ)給艦上至少放置4萬(wàn)個(gè)容器，當(dāng)時(shí)因缺乏有效的倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)，因此物資誤置與遺失所造成的損失高達(dá)300億美元，去年曾有廠商模擬當(dāng)時(shí)的環(huán)境來(lái)進(jìn)行UWB定位追蹤測(cè)試，結(jié)果顯示在開(kāi)放空間內(nèi)的誤差值可降低到2步的距離，未來(lái)將朝誤差值在1步的目標(biāo)努力。



　　6、低成本的芯片結(jié)構(gòu)



　　由結(jié)構(gòu)上來(lái)看，UWB芯片所需的成本應(yīng)低于使用載波傳輸?shù)臒o(wú)線通訊技術(shù)。由于UWB直接采用二進(jìn)制的傳輸方式，因此可將零組件大幅減少為四個(gè)(射頻、基頻、天線、內(nèi)建的軔體與通訊協(xié)議)，而且UWB的射頻收發(fā)器架構(gòu)很簡(jiǎn)單，相較于Wi-Fi，UWB的芯片不需經(jīng)過(guò)RF/IF的轉(zhuǎn)換步驟，不需要本地振蕩源(Local oscillator)、混波器(mixer)，以及802.11x常用的超外差所需額外的表面聲波濾波器(SAW filters)。除此之外，也可將射頻設(shè)計(jì)成不需要功率放大器，同時(shí)也可以使用CMOS制程，因此具備低成本的芯片結(jié)構(gòu)。



　　二、UWB技術(shù)在家庭中應(yīng)用



　　UWB 是一項(xiàng)正迅速發(fā)展的新技術(shù)，它將顯著改善消費(fèi)者的家用娛樂(lè)產(chǎn)品體驗(yàn)。消費(fèi)者開(kāi)始利用家中的 PC 及膝上型電腦享受無(wú)線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，而且很快無(wú)線技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就會(huì)讓家庭中的娛樂(lè)產(chǎn)品也受益。UWB 將實(shí)現(xiàn)速度高達(dá)每秒 110Mbit乃至更快的無(wú)線連接，使其非常適合連接電視與 DVD 播放機(jī)和錄像機(jī)、個(gè)人視頻記錄器 (PVR) 以及家庭音響設(shè)備。



　　UWB適用于兩類家庭消費(fèi)電子的應(yīng)用。一類是房間范圍的應(yīng)用，例如機(jī)頂盒和DVD 播放機(jī)到數(shù)字電視的無(wú)線連接，這一類應(yīng)用需要至少每秒 20-28Mbit的傳輸速率，如要實(shí)現(xiàn)畫中畫功能則需要每秒 56Mbit的傳輸速率, 另外還需要7-10米的距離實(shí)現(xiàn)多個(gè)通道的傳輸。另一類是桌面的應(yīng)用，例如PDA，手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)與PC機(jī)的同步，在PC機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻編輯等。這一類應(yīng)用一般只需要支持2-4米的傳輸距離，但對(duì)傳輸速率的要求非常高，有時(shí)候需要高至每秒480Mbit的傳輸速率。



　　UWB 有望滿足家庭消費(fèi)者的其它重要需求。有線與衛(wèi)星供應(yīng)商正推出越來(lái)越多的高清電視廣播，它通常需要標(biāo)清信號(hào)五倍左右的帶寬。UWB 具有每秒 110Mbit 的數(shù)據(jù)傳輸速率以及 10 米的傳輸距離，因此只有它才能在住宅的幾乎所有空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)從機(jī)頂盒向電視顯示器無(wú)線傳輸高分辨率視頻流的功能。這使得消費(fèi)者無(wú)需為每臺(tái)電視都添置新的機(jī)頂盒，即可讓家中的多臺(tái)電視都接收到高清節(jié)目的原始來(lái)源。



　　實(shí)現(xiàn)家庭娛樂(lè)系統(tǒng)的互聯(lián)還意味著提供極高的信號(hào)質(zhì)量。盡管在類似 PC 的應(yīng)用中無(wú)線文件傳輸可以容許吞吐能力的暫時(shí)下降，但向電視顯示器傳輸無(wú)線信號(hào)就不能出現(xiàn)這種情況，否則消費(fèi)者就會(huì)馬上拋棄這種技術(shù)。UWB 將提供所需的高質(zhì)量信號(hào)。在起居室這樣活動(dòng)密集的地方，它也將是強(qiáng)大可靠的，即便家里的小狗在攝像機(jī)與電視之間到處亂走也能保持很高的圖像質(zhì)量。此外，不論信號(hào)源到顯示器之間是否可以直視，只要消費(fèi)者把它們放在 10 米之內(nèi)的任何地方，具備 UWB 功能的產(chǎn)品都能夠毫無(wú)問(wèn)題地工作。UWB 還必須與家庭中的其它無(wú)線產(chǎn)品(如 Wi-Fi 家庭網(wǎng)絡(luò)以及無(wú)繩電話等)和平共存。



　　目前在UWB的標(biāo)準(zhǔn)制定方面，還存在兩大陣營(yíng)。一方是以Intel、Microsoft等公司為首，包括了全球絕大多數(shù)的軟硬件供應(yīng)商；另一方則是以Motorola為首的三家公司。但這并不表明誰(shuí)就會(huì)在不久的將來(lái)勝出。我們相信在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，這兩種標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)共存。但對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，不用擔(dān)心這個(gè)問(wèn)題。正如CDMA和GSM手機(jī)，用戶在使用時(shí)其實(shí)并不能感覺(jué)到她們的區(qū)別，真正的區(qū)別只存在于運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備供應(yīng)商那方面。



　　UWB是一種令人興奮的無(wú)線通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。它是唯一能夠滿足成本和性能要求的無(wú)線技術(shù)，其連接性能可與有線連接相媲美。借助UWB技術(shù)，客戶可在家中建立個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(PAN)，實(shí)現(xiàn)房間覆蓋。結(jié)合使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)或銅線/同軸電纜回程技術(shù)，它甚至能夠覆蓋整間房屋。UWB能夠滿足家用設(shè)備市場(chǎng)的如下要求：



　　*提供高速率的數(shù)據(jù)傳輸：在10米范圍內(nèi)提供100Mbps以上的速率(家庭娛樂(lè)需要100Mbps以上的速率)。



　　*低能耗需要：200mW下發(fā)射和接收功率。



　　*與同等成熟度的藍(lán)牙技術(shù)相比，其成本仍然相對(duì)較低。



　　與使用窄帶調(diào)制載波來(lái)傳輸信息的傳統(tǒng)無(wú)線系統(tǒng)有所不同，UWB使用一系列極窄的低功率脈沖，在廣泛的無(wú)線頻譜范圍內(nèi)傳輸。與傳統(tǒng)窄帶無(wú)線解決方案相比，UWB解決方案的頻譜范圍更廣，并可降低能耗，傳輸脈沖數(shù)據(jù)，這意味著它可以顯著減少干擾。UWB能在室內(nèi)無(wú)線環(huán)境中提供可與有線連接相媲美的連接性能。2002年2月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)批準(zhǔn)UWB在美國(guó)投入商用。FCC最關(guān)注的問(wèn)題是可能存在的干擾。UWB之所以得到FCC認(rèn)可，很大程度上是因?yàn)樗鼘�產(chǎn)生干擾的可能性降至最低。



　　UWB使用戶無(wú)需通過(guò)錯(cuò)綜復(fù)雜的線路來(lái)連接家庭電腦/手提電腦、鍵盤、顯示器、揚(yáng)聲器、打印機(jī)、掃描儀、鼠標(biāo)、電視等設(shè)備。借助UWB，用戶甚至沒(méi)有必要將所有這些設(shè)備都安裝在同一個(gè)房間內(nèi)。用戶能通過(guò)UWB實(shí)現(xiàn)以下功能：



　　*無(wú)需使用電纜，即可建立家庭影院，可將內(nèi)容傳輸?shù)椒课葜械娜魏我慌_(tái)電視機(jī)。



　　*將圖像從數(shù)碼相機(jī)即時(shí)傳輸?shù)絺�(gè)人電腦/手提電腦、電視或其他顯示設(shè)備上�？赡苄枰�照片處理設(shè)施，對(duì)圖像進(jìn)行處理和傳輸。



　　*只要MP3播放器進(jìn)入個(gè)人電腦/手提電腦、家庭影院MP3服務(wù)器的覆蓋范圍，即可傳輸數(shù)兆的MP3音頻。



　　*無(wú)需連接線路，即可連接視頻游戲控制臺(tái)、多個(gè)操作桿/控制器和顯示設(shè)備。



　　*向個(gè)人手持媒體播放器(PMP)傳輸數(shù)字媒體文件，如完全長(zhǎng)度的電影，只需幾秒時(shí)間即可完成，供用戶在旅途中欣賞。



　　*無(wú)線連接多種工作設(shè)備，例如手提電腦、PDA和投影機(jī)，辦公室的人員能夠坐在會(huì)議室中，無(wú)線共享帶有圖像和音頻的演示。




　　直接序列超寬帶技術(shù)(DS-UWB)，作為使用戶享受UWB的所有益處的最佳途徑。在家庭環(huán)境中，很多因素都會(huì)影響無(wú)線電波的傳輸，例如在家具上折射、其他無(wú)線信號(hào)(如無(wú)線電話、無(wú)線局域網(wǎng))的干擾。這些因素會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的信號(hào)質(zhì)量問(wèn)題。 DS-UWB利用可能的最大帶寬，生成最短的脈沖。這種方法可以確保順利進(jìn)行連接，讓設(shè)備能夠清楚地"知道"其他設(shè)備的位置，最大程度地提高連接性能和服務(wù)質(zhì)量(QoS)。



　　UWB芯片集一般具備以下特性：



　　*提供多種可選的數(shù)據(jù)速率，包括29Mbps、57 Mbps、86 Mbps和114 Mbps。它是提供大型文件、音頻和視頻內(nèi)容的強(qiáng)大解決方案。



　　*支持IEEE802.15.3流式媒體協(xié)議。



　　*實(shí)現(xiàn)性能可與有線連接相媲美的高清晰視頻應(yīng)用。



　　*在3.3V條件下的能耗為200mW，最大限度地降低電池供電產(chǎn)品的能源需求。



　　*與IEEE802.11b/a/g協(xié)議、藍(lán)牙技術(shù)、GPS以及所有美國(guó)無(wú)線系統(tǒng)共存。



　　*運(yùn)用經(jīng)濟(jì)高效的0.18μm CMOS和SiGe技術(shù)構(gòu)建。



　　最終用戶可能會(huì)關(guān)心UWB與其他連接技術(shù)的關(guān)系。在數(shù)字連接技術(shù)中，無(wú)外乎有線的1394b和USB2.0，以及無(wú)線的Wi-Fi 和藍(lán)牙。Wi-Fi 和藍(lán)牙由于其傳輸速率的限制，只能應(yīng)用于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)法滿足消費(fèi)電子的需求。在有線連接方面，USB更適合于電腦及其周邊設(shè)備，只有1394b與UWB處在相同的應(yīng)用層面。究竟是用無(wú)線的UWB還是有線的1394b，取決于實(shí)際情況。例如，1394b需要布線(很便宜的非屏蔽5類雙絞線即可)，對(duì)于新裝修的家庭是一個(gè)很好的選擇；但對(duì)于舊的家庭裝修，UWB則更為適宜。在技術(shù)層面上，UWB基本是從無(wú)線1394技術(shù)發(fā)展而來(lái)，所以用戶也沒(méi)有必要擔(dān)心這兩種接口之間的兼容性。



　　Wireless USB是一種無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是以無(wú)線取代目前的USB連線。無(wú)線技術(shù)方面將使用超寬帶近距離高速通信技術(shù)"UWB"。目標(biāo)傳送速度為USB2.0的最大通信速度480Mbit/秒。業(yè)界分析人士認(rèn)為，某種形式的UWB無(wú)線技術(shù)將取代USB成為PC的外設(shè)接口，并成就新一代無(wú)線設(shè)備，UWB年底就緒，有望取代USB成外設(shè)標(biāo)準(zhǔn)接口。



　　三、小結(jié)



　　一個(gè)只用于10米范圍之內(nèi)，傳輸速率卻達(dá)到幾百兆的無(wú)線通信技術(shù)正在引起不僅僅是摩托羅拉、Intel通信巨頭的關(guān)注，也使家電廠商們看到了信息家電未來(lái)的美好前景。UWB本來(lái)是為軍事目的而開(kāi)發(fā)的，而巨大的商機(jī)使FCC批準(zhǔn)其民用，并將3.1GHz～10.6GHz作為UWB頻帶。UWB被批準(zhǔn)民用后，眾多家電廠商和個(gè)人電腦廠商蜂擁而上進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。



　　UWB可用于數(shù)字電視、投影機(jī)、攝錄一體機(jī)、PC機(jī)、機(jī)頂盒之間傳輸可視文件和數(shù)據(jù)流，或者筆記本電腦和外圍設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)局部連接構(gòu)成個(gè)人局域網(wǎng)(PAN)。總之，UWB可定位于家用類設(shè)備和終端間的無(wú)線連接。眾多的家電類設(shè)備，決定了UWB的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。當(dāng)然，UWB作為民用技術(shù)還是一項(xiàng)新技術(shù)，還有一些實(shí)際問(wèn)題，如安全問(wèn)題、干擾問(wèn)題等有待解決。預(yù)期在2004年底之前，市場(chǎng)上將可以看到一些UWB的設(shè)備出售。而UWB真正成熟并進(jìn)入市場(chǎng)將會(huì)在2005年的下半年。UWB 清楚地展示了家用電子設(shè)備更為簡(jiǎn)便時(shí)代的未來(lái)前景。業(yè)界必須通過(guò)提供標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)共同努力實(shí)現(xiàn) UWB 的潛力，它將使未來(lái)家庭電子產(chǎn)品消費(fèi)者的生活更簡(jiǎn)便，到那時(shí)將有更豐富的產(chǎn)品及特性可供選擇。



摘自　天極網(wǎng)