UWB（超寬帶）標準的兩大技術陣營簡介

2019-11-04 20:49:18

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供稿：網友

　　從本質上看，UWB(Ultra Wideband，超寬帶)是發射和接收超短(納秒至皮秒級)電磁能量脈沖，并以此進行數據傳送的無線技術。UWB自2002年2月14日FCC(美國聯邦通信委員會)批準民用以來，已經得到了快速地發展。但它也正在面臨著標準制定的挑戰。目前在UWB技術領域存在著兩方對立陣營，即英特爾、TI等倡導的MBOA(多頻段OFDM聯盟)和Freescale等倡導的UWB論壇(利用DS-CDMA技術)，而原定2005年上半年完成的UWB標準的制定工作也因此停滯不前。在未來，UWB技術產品很有可能形成兩個分割開來的市場，而最終誰能夠勝出，也只能由市場做出選擇。
　　
　　UWB是一種短距離的無線通訊方式，在10米以內的范圍里以至少100Mbps的速率傳輸數據。這種通信方式比較適合在家庭內部使用，市場應用前景非常廣闊，因此圍繞UWB的標準之爭從一開始就非常激烈。曾經有二十幾個標準參與競爭，今天只剩下了兩個。它們是來自Freescale的DS-UWB(DS-UWB組建的聯盟是UWB論壇)和由TI倡導的MBOA。
　　
　　UWB發展現狀
　　從技術上來講，MBOA和DS-CDMA是無法彼此妥協的，DS-UWB曾提出一個通用信令模式，希望與MBOA兼容。但這種模式顯然在技術上無法實現，所以被MBOA、IEEE和無線USB協會拒絕。MBOA在最近的一次表決中占了約10%的優勢，但仍然沒有達到75%的絕對多數(IEEE規定：能夠使提案成為標準需占有75%以上的票數)。
　　
　　從產品上來講，DS-UWB在開始的時候走在了前面。它的樣品在2004年初的時候已經在拉斯維加斯的消費電子展上展出，但之后的進展比較緩慢，當時存在的問題今天依然存在，例如功耗很大、需要兩根天線分別收發、在天線與接收器中間有阻擋時會出現花屏等。
　　
　　而另一方的MBOA正迎頭趕上，來自Staccato公司芯片級的物理層芯片(PHY)在2004年的第一季度已經完成，八、九月份的時候，配合TI公司可編程門陣列(FPGA)的媒體存取控制器(MAC)已經可以工作。FPGA還不是芯片級的產品，是在芯片生產之前用來驗證和測試邏輯功能的，完全芯片級的平臺要到今年年底實現。這將是兩個芯片的方案，相比較于DS-UWB目前的四芯片方案在成本、體積和功耗上占有較大的優勢。
　　
　　那么，還要多久用戶才能享受到UWB這一新技術和新標準帶來的全新體驗呢？對于一項新技術、新產品的開發來說一般需要經過四個階段：芯片階段、模塊階段、系統階段、產品階段。DS-UWB已處于模塊階段，而MBOA剛剛進入芯片階段。用戶仍需要等待一段時間。即便是達到了產品階段，還需要經受市場的考驗，不然重蹈藍牙技術的覆轍，曇花未現便已凋零，不管誰贏得了標準之爭也只能是一個失敗的嘗試，這需要整個產業鏈的共同努力。
　　
　　真正的UWB
　　在理解UWB的時候有必要知道UWB不僅僅指的是DS-CDMA或MBOA，他們僅僅是處于UWB完整架構的最底層。如下圖所示：
　　
　　DS-CDMA或MBOA相當于物理層，位于整個架構的最底層，它還分成兩個子層，即物理層(PHY)和物理層的控制器層(MAC)。在其上面是WiMedia(無線多媒體)的匯聚層，有點類似于鏈路層或事務層，介于物理層和應用層的中間。在WiMedia匯聚層的上面就是應用層面的無線USB、無線1394和其他的應用環境，這些層多已被IEEE802.15.3a確認。
　　
　　無線USB的標準將在今年年底之前頒布，這里大家首先要弄清楚這個無線USB的標準是得到USB-IF(USB設計論壇)確認的，而并不是之前由CyPRess公司推出的那個企業標準。無線USB的推動小組成員包括英特爾、惠普、微軟、德州儀器、飛利浦、三星、NEC和Agere。它們將負責建造一個與USB兼容的應用軟件棧，以及和1394及WiMedia合作創建分享UWB射頻的規則。
　　
　　獲得USB的支持和支持USB對UWB是非常重要的。大家都知道，USB的應用已經非常普遍，但現在的USB外設都是有線的，今天已經有15億條USB線纜存在于我們的生活中，而這個數字到2006年時將大幅增長到35億，這表示有差不多這個數量的USB設備和主機。無線USB的目的是消除線纜，而用無線的方式收發信號。在PC主機和外設這兩端依然以USB的方式工作，所以必須有一個與USB兼容的應用軟件棧。而無線發射這一塊需要使用UWB的射頻，由于1394的設備和其他設備(非USB和1394)也需要通過UWB的射頻來進行無線收發，他們將在WiMedia這一層匯聚，不管原來是什么信號，在經過WiMedia匯聚層后轉換成相同的信號傳送給物理層發射，也就是要分享UWB射頻。
　　
　　MBOA已經得到無線USB的批準，而DS-CDMA尚未，這對于DS-CDMA是一個嚴重的缺憾。
　　
　　同樣1394也是非常重要的，非凡是在消費電子市場上。我們今天比較熟悉的1394設備是數碼攝像機(Camcorder或DV)，1394與USB最大的不同是外設與外設之間可以直接通訊。USB采用主/從的架構，比較多見的主機是PC機，而其他外設都是從設備，他們或直接或經由集線器(Hub)連到主機，所有的操作必須由主機來主導，這很適合于PC及其周邊設備的應用，但顯然不適合于消費電子產品的互聯。1394采用對等的架構(peer-to-peer)，聯網的設備彼此之間都可以通訊，例如機頂盒和DVD機可以同時播放，而電視機和刻錄機可以選擇其中的任何一個節目源，而這并不需要一臺主機的控制。今天在市場上已經有3億條1394的線纜，這個數字將隨著數字電視的普及在今后幾年中大幅增長。
　　
　　與無線USB不同，無線1394對DS-CDMA和MBOA都支持。無線1394的主任成員較之于無線USB的推動者小組成員的范圍要更廣泛一些，盡管英特爾和飛利浦不在其中，但有索尼、松下、三菱這樣的消費電子制造巨頭，也有蘋果、牛津半導體這樣的PC及其外設制造商，還有軟件商，像Mindready、Vividlogic、Newnex以及Molex等。他們將負責構建一個1394協議適應層(PAL)以支持400Mbps的無線1394，還要與WiMedia協會合作以實現兼容性和互操作性。
　　
　　WiMedia協會的任務看起來比較多一些，它需要建立一套程序用于認證和保證互操作性；要能支持多協議的架構，比如無線USB、無線1394和DLNA(數字化客廳網絡聯盟)，要支持公平競爭和傳輸數據的安全性；要支持即插即用和建立基于ip的應用程序棧來支持多媒體數據流。該協會成員包括英特爾、惠普、德州儀器、飛利浦、三星、LG、意法半導體、夏普、柯達等，摩托羅拉亦在此協會成員之列。
　　
　　所以我們應該看到所謂的UWB是一個完整的系統，而不僅僅是現在人們熱衷討論的DS-CDMA或MBOA。只有充分理解這一點才算是理解了真正的UWB，而只有全面地支持所有這些協議層，才可以說是一個完整的UWB系統。
　　
　　沒有完美
　　回到DS-CDMA或MBOA的標準之爭。我們究竟如何去判定孰優孰劣呢？其實兩方面都有各自的優缺點。DS-CDMA技術是單頻帶方式或窄脈沖方式，多個傳輸任務可共享整個頻帶的頻率，對現有的、許可頻帶內的用戶造成的干擾比較少，成本可以做得比較低、上市的時間較短，易于實現低功耗、低速數據流的無線傳輸，可實現更高速的無線數據傳輸，應用于媒體流及大量的數據傳輸；MBOA技術是多頻帶方式，技術上易于實現、功耗很低，頻帶的利用率高，多個頻率子帶并列，可以避開某些頻帶，靈活配置，速率的擴展性好。
　　
　　以無線電頻率治理來說，有兩個基本的原則：新的無線電技術不得對已有的無線電臺(系統)造成有害干擾；新的無線電技術受到干擾不得提出保護要求，即要能忍受已有無線電臺的各種干擾。這對于DS-CDMA比較頭疼，因為它使用整個3.1GHz-10.6GHz頻段，而有些無線技術已經使用了其中的一些頻率，例如802.11p的載頻是5.8GHz；而MBOA使用多個頻率子帶，可以很方便地避開這個頻率。
　　
　　WB論壇目前有77家會員，其中有十幾家高校和研究所，占了近15%。MBOA聯盟已有170多個成員，幾乎集中了所有的大型跨國公司和集團，這是一種優勢，因為開發、推廣、應用一個新的技術和產品需要大量的投入，遠遠不是一兩家企業所能承受的。而且UWB一個很重要的應用是把家庭中的電器產品連接成微微網，需要有大量的電器產品支持，這就要求有大批的家用電器和計算機制造商提供這樣的產品。
　　
　　撇開UWB內部的標準之爭，我們還應該看到在數字化家庭這樣一個應用領域，UWB還遠談不上一花獨放。802.11也正在躍躍欲試，WLAN的劣勢是其傳輸速率較低和對多媒體數據流的支持不夠，但傳輸距離長卻是它的優勢。802.11正在試圖突破這些技術瓶頸，能否在不久的將來實現值得我們關注。
　　
　　UWB傳輸距離短的局限(10米)也使得它只能構建微微網，即便在一個家庭內部也無法真正實現網絡化，這需要結合有線的傳輸技術，例如1394a/b、USB2.0或USBOTG。有線技術同樣具有很多的優點，比如電磁干擾小、傳輸穩定、安全性高等等。另一個優勢是這些標準已經成熟，產品經受過市場的考驗，也符合消費者的使用習慣。
　　
　　另外，在關注UWB的同時，開發其他更實用與更迫切的數字接口技術也應逐步提上日程。
　　 UWB（超寬帶）標準的兩大技術陣營簡介