UWB登上最后10米舞台

在房间或桌面范围等10米以下的短距离场所中，UWB（超宽带）技术将凭借高速率、低功耗、低成本等优势获得大规模应用。
UWB（Ultra-WideBand，超宽带）已经出现了很长时间，关于它的市场状况也已经讨论了很久。 目前，国际上对UWB技术的研究仍然如火如荼地进行。那么，UWB究竟应该在哪些方面发挥自己的优势呢？如果说Wi-Fi的应用目标是10米～100米通信的话， UWB技术基本上是与之互补的关系。可以预见，UWB技术将凭借高速率、低功耗、低成本等优势在短距离消费电子领域、通信领域获得大规模应用。
数字家庭排头兵
近年来，UWB技术开始用于民用高速、近距离无线通信领域，并取得了较快发展。UWB技术的应用场景主要包括家庭、办公室、个人消费电子产品。
在“数字化家庭”或“数字家庭网络”的概念日益普及的今天，关注这一概念的消费电子厂商试图用无线网络将消费者家居中的电器连接起来，使各种大带宽的Video信息可以在这些电器之间传递和交换，为业务的快速发展带来了新的机遇。
在过去几年里，家庭电子消费产品层出不穷。PC、DVD、DVR、数码相机、数码摄像机、HDTV、PDA、数字机顶盒、MD、MP3、智能家电等大量出现在普通家庭里。如何把这些相互独立的信息产品有机地结合起来，这是建立家庭数字娱乐中心一个关键技术问题。UWB在家庭数字娱乐领域大有用武之地。
未来“家庭数字娱乐中心”的概念是：住宅中的PC、娱乐设备、智能家电和Internet都连接在一起，人们可以在任何地方更加轻松地使用它们。举例来说，家庭用户存储的视频数据可以在PC、DVD、TV、PDA等设备上共享观看，可以自由地同Internet交互信息；用户可以远程遥控PC，让它控制信息家电;也可以通过Internet联机，用无线手柄结合音、像设备营造出逼真的虚拟游戏空间。在这些应用领域，UWB技术无疑是一个很好的选择。
UWB在数字化办公室的应用表现为用无线方式代替传统有线连接，使办公环境更加方便灵活。早期的蓝牙技术已经使某些设备的无线互联成为可能。但由于传输速率过低（1Mbit/s以下），只能用于某些计算机外设（如鼠标、键盘、耳机等）与主机的连接。而UWB技术的高传输带宽可以实现主机和显示屏、摄像头、会议设备、终端设备及投影仪之间的无线互连。同样，UWB技术在个人便携设备上也将会有大规模应用。
由于UWB技术已经可以提供相当于计算机总线的传输速率，这样个人终端就可以从互联网或局域网上即时下载大量的数据，从而将大部分数据存放在网络服务器的存储空间中，而不是保存在个人终端中。携带具有UWB功能的小巧终端，在任何地点都可以接入当地的UWB网络，利用当地的设备（如大屏幕电视、电脑、摄像头、打印机等）随时构成一台属于自己的多媒体计算机。取代现有USB接口和1394接口的线缆连接，实现无线UWB和无线1394将成为UWB技术最有前途的应用。无线USB联盟已经宣布，物理层使用MB-OFDM（MultiBand-OFDM）方案，这对于UWB的应用将是较好的推动。
在军用方面，UWB技术主要应用于UWB雷达、UWBLPI／D无线内通系统（预警机、舰船等）、战术手持和网络的PLI／D电台、警戒雷达、UAV／UGV数据链、探测地雷、检测地下埋藏的军事目标或以叶簇伪装的物体。
技术特点剖析
由于UWB技术具有传输速率高（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。
● 传输速率高
UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且它不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。UWB的数据速率可以达到几十Mbit／s、几百Mbit／s，甚至1Gbit/s，高于蓝牙100倍，高于IEEE802.11a和IEEE802.11b。
● 多径分辨能力强
由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间， 多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。而超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10 dB ～ 30 dB 的多径环境， 对超宽带无线电信号的衰落最多不到5 dB。
● 抗干扰性能强
UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益。它在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。因此，UWB与IEEE802.11a、IEEE802.11b和蓝牙相比，在同等码速条件下，具有更强的抗干扰性。
● 系统结构比较简单
当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功率放大器与混频器，因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此，UWB系统结构的实现比较简单。
● 带宽高
UWB使用的带宽在1GHz以上，高达几个GHz。超宽带系统容量大，并且可以和目前的窄带通信系统同时工作。这在频率资源日益紧张的今天，开辟了一种新的时域无线电资源。
● 功耗低
UWB 系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20ns～1.5ns 之间。UWB有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦～几十毫瓦。民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右，是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右;军用的UWB 电台耗电也很低。因此，UWB 设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。
通常情况下，无线通信系统在通信时需要连续发射载波，因此要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬间脉冲电波，也就是直接按0和1发送出去，并且在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。低发射功率大大延长了系统电源工作时间，而且，发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。
● 定位精确
冲激脉冲具有很高的定位精度。采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内； 与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置， 其定位精度可达厘米级。此外，超宽带无线电定位器更为便宜。
● 保密性好
UWB的保密性表现在两方面:一方面是它采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据;另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
● 工程简单造价便宜
在工程实现上，UWB比其他无线技术要简单得多，可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，设备的成本很低。
标准化进展情况
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(无线局域网)和WPAN（无线个域网）的技术基础，从而实现超高速宽带无线接入。
在UWB物理层两种技术方案中，DS-UWB（直接序列超宽带）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（IEEE 1394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。
IEEE 802.15.3a高速UWB的上层协议由WiMedia Alliance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Ecma International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/IEC JTC1快速通过。
尽管标准争夺激烈，但国际电信联盟第一研究组(ITU Study Group 1) 在2006年2月22日给予了UWB全球性监管标准(Global Regulatory Standard)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(射频)系统影响的描述。它给出了关于UWB监测方法的精确定义，以及为实现实用系统提供了指导方法。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年年初在欧洲采用这一技术铺平了道路。
短距离无线通信标准各有千秋
UWB与目前流行的短距离无线通信标准各有千秋，这些技术之间存在着相互竞争，但在某些实际应用领域内它们又相互补充，各有各的应用领域，其性能比较见表1。　

UWB 系统在很低的功率谱密度的情况下，已经证实能够在户内提供超过480M bit/s 的可靠数据传输。与当前流行的短距离无线通信技术相比，UWB 具有巨大的数据传输速率优势，最大可以提供高达1000M bit/s以上的传输速率。
市场发展情况
UWB的技术和市场都在飞速发展，2002年2月，美国联邦通信委员会（FCC）批准了UWB技术用于民用；日本于2006年8月开放了超宽带频段；在2005年美国拉斯维加斯消费电子展上，韩国的三星电子、日本的夏普、索尼等都推出了自己的UWB产品。
从2005年开始，我国在苏州高新区的飞思卡尔苏州技术中心就已经在流水线上批量生产支持UWB技术的XS110芯片组了。中国通信标准化协会（CCSA）不久前在国内率先完成“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-2000 FDD”、“UWB 与GSM”、“UWB 与IMT-Advanced”研究报告。
2006年，已经有多家公司可以提供UWB芯片，例如Alereon、Artimi、Staccato、Wisair、Intel、英飞凌等均有各自的UWB芯片解决方案，包括基带芯片、MAC芯片、RF收发芯片或集成基带、MAC和RF的芯片。同时，很多芯片公司均宣布在2007年推出符合WiMedia认证的UWB芯片，并将UWB应用拓展到消费电子类产品中。在笔记本电脑芯片市场占有绝对领导地位的Intel公司，致力于将UWB的主要应用无线——USB2.0作为笔记本电脑的标准配置接口。
据In-Stat预测，从2006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。
我国同先进国家相比较，在无线通信领域仍处于待开发状态，通过UWB技术的研究，可以充分发挥后发优势，研究将会更有方向性和针对性。开发UWB研究对我国在该研究领域拥有自主知识产权和相关产品、建立新的经济增长点，具有重大意义。
链接
超宽带（Ultra Wideband，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，成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(ITU Study Group 1)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新的技术热点，目前已经引起了人们极大的关注和兴趣。