超宽带无线通信技术发展现状

【超宽带无线通信技术发展现状】 作者:信息产业部电信研究院通信标准研究所; 党梅梅
超宽带通信(UWB)是近年来通信领域兴起的一种无线互连技术 。
UWB具有高数据率、低功耗、结构简单和价格低廉等特点 , 为无线通信的发展开辟了新的机遇 。同时 , 由于其占用极宽的带宽 , 与其他通信系统共享频段 , 给干扰、兼容等相关领域的研究也带来了一定的挑战 。
一、UWB技术特点
UWB(UltraWideBand)是在较大的带宽上实现速率为100Mbps~1Gbps传输的技术 。根据香农理论 , 无线信道的容量是与其占用的信道带宽成正比的 , UWB能实现很高的数据率 , 是由于其占用很大的带宽 。根据美国FCC对UWB技术的定义 , 相对带宽大于0.2或带宽超过500MHz的系统都可看作UWB系统 , 并分配3.1-10.6GHz频段作为UWB系统可使用的频段 , 在该频段内 , UWB设备的发射功率需低于-41.3dBm/MHz , 以便与其他无线通信系统共存 。UWB在10m以内的范围实现无线传输 , 是应用于无线个域网(WPAN)的一种近距离无线通信技术 。
众所周知 , IEEE802.15.3a从2003年开始对UWB的技术方案进行标准化 。在UWB物理层技术实现中 , 存在两种主流的技术方案:基于正交频分复用(OFDM)技术的多频带OFDM(MB-OFDM)方案、基于CDMA技术的直接序列CDMA(DS-CDMA)方案 。CDMA技术广泛应用于2G和3G移动通信系统 , 在UWB系统中使用的CDMA技术与在传统通信系统中使用的CDMA技术没有本质的区别 , 只是使用了很高的码片速率 , 以获得符合UWB技术标准的超宽带宽 。OFDM则是应用于E3G、B3G的核心技术 , 具有频谱效率高、抗多径干扰和抗窄带干扰能力强等优点 。
直接序列扩频超宽带技术(DS-UWB)主要是由飞思卡尔(Freescale)半导体公司支持的方案 。MB-OFDM方案则是由WiMEDIa联盟支持的 。两种标准一直以来都处于激烈争论中 , 评价DS-CDMA和MB-OFDM在技术层面上孰优孰劣 , 对方案的最终妥协是无益的 。在IEEE802.15.3a内部虽然经过多次投票表决 , 始终无法淘汰其中一种标准 , 取得统一 。最终在2006年1月份召开的IEEE802会议上 , 802.15.3a经过投票 , 解散了该任务组 , UWB在IEEE的标准化进程被终止 。
UWB的MAC层协议支持分布式网络拓扑结构和资源治理 , 不需要中心控制器 , 即支持Ad-hoc或mesh组网 , 支持同步和异步业务、支持低成本的设备实现以及多个等级的节电模式 。协议规定网络以piconet为基本单元 , 其中的主设备被称为piconet协调者(PNC) 。PNC负责提供同步时钟、QoS控制、省电模式和接入控制 。作为一个AdHoc网络 , piconet只有在需要通信时才存在 , 通信结束 , 网络也随之消失 。网内的其他设备为从设备 。WPAN网络的数据交换在WPAN设备之间直接进行 , 但网络的控制信息由PNC发出 。
二、WiMEDIA
像大家熟知的Wi-Fi、WiMAX联盟一样 , WiMedia联盟的重要使命就是建立WPAN认证流程和规范 , 进行认证以确保设备的互操作性 , 推动UWB技术在全球范围的应用 。WiMedia联盟由英特尔、TI、松下、三星、诺基亚、富士通等闻名公司和许多消费电子公司所组成 , 自成立三年多以来 , 已经拥有非常广泛的成员 。
WiMedia联盟定义的UWB协议分层如图1所示 。前面已经提到物理层存在MB-OFDM和DS-UWB两个分支 , WiMedia目前主要采用MB-OFDM方式 。为了支持多种应用 , 如无线UWB、无线IEEE1394等 , WiMedia联盟在物理层和MAC层之上定义了协议适配层(PAL) 。
图1; UWB协议分层示意图
WiMedia联盟已经发布了物理层认证规范和兼容性测试平台 , 并且开展了多次物理层兼容性测试 , 主要UWB芯片和设备商均参加了兼容性测试 。随着产品的逐步成熟 , WiMedia联盟将正式开展UWB的设备认证工作 。

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