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UWB超宽带技术挑战最后一公里

发布时间:2020-06-30 19:11:59 阅读: 来源:篮球厂家

尽管UWB的发展中存在着频率管制、标准化及面对其他无线技术的竞争等难题,但是可以预见,它将在消费电子领域、通信领域获得大规模应用。

超宽带(UltraWideband,UWB)技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术,利用频谱极宽的超短脉冲进行通信,又称为基带通信、无载波通信,主要用于军用雷达、定位和通信系统中。该技术是一种新颖的无线通信方式,作为短距离无线高速数据传输的一种解决方案,国际电信联盟第一研究组(ITUStudyGroup1)宣布,UWB成为“全球性监管标准”,这意味着开发USB应用将成为全球业界竞相追逐的新的技术热点,目前已经引起了人们极大的关注和兴趣。

由于UWB技术具有传输速率高(达1Gbit/s)、抗多径能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、低截获概率、与现有其他无线通信系统共享频谱等特点,已经成为无线个人域网(WPAN)的首选技术。

标准化情况

目前UWB标准化的工作还没有完成,一些技术问题需要不断完善,但它将可能成为新一代WLAN和WPAN的技术基础,从而实现超高速宽带无线接入。专家指出,在军事需求和商业市场的推动下,UWB技术将会进一步发展和成熟起来。

在UWB物理层两种技术方案中,DS-UWB产业发展相对领先,目前已有多款商用芯片问世,产业发展进入模块阶段(IEEE1394和PCI应用模块,无线USB应用模块),2004年8月获得了FCC的批准,嵌入DS-UWB的电子产品可以在美国市场销售。

IEEE802.15.3a高速UWB的上层协议由WiMediaAlliance负责。2005年3月,WiMedia联盟与MB-OFDM联盟合并,显著提高了开发超宽带标准和互操作性的效率,但这并没有改变最终结果。经过四年争论之后,IEEE负责802.15.3aUWB标准的任务小组经全体投票一致通过决定解散,消费者将自己选择他们认为最方便、最实用的技术。与此同时,WiMedia联盟建议欧洲的行业协会和标准化组织EcmaInternational的成员采用其MB-OFDM标准作为消费产品中使用的UWB全球标准,并将标准提交ISO/IECJTC1快速通过。

尽管标准争夺激烈,但国际电信联盟第一研究组(ITUStudyGroup1)在2006年2月22日给予了UWB全球性监管标准的地位。该标准包括对共享频带能量裕度损失的计算方法、对于发射频谱和带宽的新定义、对于自由空间多余发射的限制、测量射频噪声的频率独立方法、UWB传送测量、UWB的关键特性、UWB器件对其他RF系统的影响,以及用于推出UWB系统的框架等内容。业界认为,该标准的最富价值且最重要的部分,是长达800页对UWB基于现有RF系统影响的描述。对于给出关于UWB监测方法的精确定义,以及为实现实用系统提供的指导方法等内容也都非常有用。据国外媒体报道,欧盟射频频谱委员会已经批准了欧洲的UWB规划,为2007年初在欧洲采用这一技术铺平道路。

UWB的技术和市场都在飞速发展,中国通信标准化协会(CCSA)日前在国内率先完成“UWB与TD-SCDMA干扰保护研究”的研究报告。今后还将陆续发布“UWB与IMT-2000FDD”、“UWB与GSM”、“UWB与IMT-Advanced”研究报告。

根据市场研究机构NorthernSkyResearch(NSR)的最新报告显示,2006年是UWB极其重要的一年,相关产品已经在全球大量涌现。

据In-Stat预测,从2006年开始到2008年,UWB设备将以每年400%的增长率增长。美国UnstrungInsider公司也预测,2007年全球基于UWB的电子产品和芯片组的出货量将达到4500万个,而这一市场可能会增长到6.3亿美元。

关注干扰问题

由于UWB系统使用很宽的频带,所以和很多其他的无线通信系统频段重叠。虽然从理论上说超宽带系统的发射功率频谱密度很低,应能和其他系统“安静地共存”,但实际应用中超宽带系统对其他系统的兼容性需要用实验证明。特别是超宽带系统的工作机理和特性还有很多不清楚的方面,比如超宽带系统的带外干扰问题,即超宽带设备也有可能对在其工作频段之外的无线系统产生一定的干扰,这部分干扰还很难用理论计算的方法准确估计。因此虽然FCC将UWB工作频段定为3.1GHz以上,但超宽带设备对3.1GHz以下频段系统(如2G/3G蜂窝移动通信系统、PHS、无线局域网系统)的干扰也需要考虑。

干扰问题始终是制约民用超宽带技术发展和应用的一个重要问题。FCC规定UWB设备主要的工作频段将位于3.1GHz和10.6GHz之间这个频段内,其发射功率被限制在-41.3dBm/MHz以下。而在此频段以外,实行更严格的功率控制标准。除了要考虑对已有通信系统的干扰外,还要考虑对已有非通信业务有可能产生的干扰。除FCC之外,日本在2006年也提出了自己的UWB频率范围和发射功率控制标准。另外,来自于其他无线通信系统的信号对UWB接收机的带内干扰问题。UWB设备发射功率谱密度很低,UWB接收机中容易受到噪声和干扰影响,特别是来自窄带无线系统的阻塞干扰。目前,随着4G标准化进程的加快,UWB与4G的“和平共处”也值得深入研究。UWB使用频段与4G候选频段有重叠,为了对未来的4G系统提供保护,必须开展UWB与4G的共存研究。DAA(detectandavoid)作为UWB的防干扰技术在日本和欧洲越来越受到重视,为了保护未来4G移动通信系统,一些国家提出UWB必须使用DAA的限制方案。

理论体系需完善

ITU-RSG1(频谱规划研究组)下曾经设立了1/8任务组(TaskGroup1/8),研究范围为“UWB设备和无线通信业务之间的兼容性”。在该任务组研究期内,提出了全球UWB频谱分配和监管的若干原则。UWB具有极宽的发送带宽,当与其它窄带业务共存时,多个UWB设备产生的集总效应或者当UWB设备距离很近时有可能对其他设备造成干扰,因此CCSA于2005年初在无线通信技术工作委员会成立专门工作组,研究UWB与其他无线通信系统干扰保护问题。

由于UWB传输距离非常有限,在很多家庭应用中必须与有线系统结合才能发挥作用,这就使其无论在产品设计阶段还是在实际环境的安全保护工作中,都需要考虑到与有线系统融合后的情况。

802.11n对UWB构成威胁是不争的事实,802.11n的应用领域和UWB“撞车”,而且其500Mbit/s的高速数据率也使UWB的高速优势面临挑战。

迄今为止,超宽带理论体系还不完善,关于其工作机理和特性还有很多疑问,如超宽带信号传播特性、信道模型、超宽带天线设计理论以及超宽带信号处理理论等,而这对超宽带系统的设计和应用至关重要。

尽管UWB的发展中存在着频率管制、标准化及面对其他无线技术的竞争等难题,但是可以预见,随着这项新技术的发展,UWB将在消费电子领域、通信领域获得大规模应用。开发USB的大规模应用将成为全球业界竞相追逐的技术新热点,将为产业链各环节创造效益,为用户带来方便。

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