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超寬帶無線通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

云知道

【超寬帶無線通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀】 作者：信息產(chǎn)業(yè)部電信研究院通信標(biāo)準(zhǔn)研究所; 黨梅梅
超寬帶通信（UWB）是近年來通信領(lǐng)域興起的一種無線互連技術(shù) 。
UWB具有高數(shù)據(jù)率、低功耗、結(jié)構(gòu)簡單和價格低廉等特點(diǎn) ， 為無線通信的發(fā)展開辟了新的機(jī)遇 。同時 ， 由于其占用極寬的帶寬 ， 與其他通信系統(tǒng)共享頻段 ， 給干擾、兼容等相關(guān)領(lǐng)域的研究也帶來了一定的挑戰(zhàn) 。
一、UWB技術(shù)特點(diǎn)
UWB（UltraWideBand）是在較大的帶寬上實(shí)現(xiàn)速率為100Mbps~1Gbps傳輸?shù)募夹g(shù) 。根據(jù)香農(nóng)理論 ， 無線信道的容量是與其占用的信道帶寬成正比的 ， UWB能實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)率 ， 是由于其占用很大的帶寬 。根據(jù)美國FCC對UWB技術(shù)的定義 ， 相對帶寬大于0.2或帶寬超過500MHz的系統(tǒng)都可看作UWB系統(tǒng) ， 并分配3.1-10.6GHz頻段作為UWB系統(tǒng)可使用的頻段 ， 在該頻段內(nèi) ， UWB設(shè)備的發(fā)射功率需低于-41.3dBm/MHz ， 以便與其他無線通信系統(tǒng)共存 。UWB在10m以內(nèi)的范圍實(shí)現(xiàn)無線傳輸 ， 是應(yīng)用于無線個域網(wǎng)（WPAN）的一種近距離無線通信技術(shù) 。
眾所周知 ， IEEE802.15.3a從2003年開始對UWB的技術(shù)方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化 。在UWB物理層技術(shù)實(shí)現(xiàn)中 ， 存在兩種主流的技術(shù)方案：基于正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)的多頻帶OFDM（MB-OFDM）方案、基于CDMA技術(shù)的直接序列CDMA（DS-CDMA）方案 。CDMA技術(shù)廣泛應(yīng)用于2G和3G移動通信系統(tǒng) ， 在UWB系統(tǒng)中使用的CDMA技術(shù)與在傳統(tǒng)通信系統(tǒng)中使用的CDMA技術(shù)沒有本質(zhì)的區(qū)別 ， 只是使用了很高的碼片速率 ， 以獲得符合UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的超寬帶寬 。OFDM則是應(yīng)用于E3G、B3G的核心技術(shù) ， 具有頻譜效率高、抗多徑干擾和抗窄帶干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 。
直接序列擴(kuò)頻超寬帶技術(shù)（DS-UWB）主要是由飛思卡爾（Freescale）半導(dǎo)體公司支持的方案 。MB-OFDM方案則是由WiMEDIa聯(lián)盟支持的 。兩種標(biāo)準(zhǔn)一直以來都處于激烈爭論中 ， 評價DS-CDMA和MB-OFDM在技術(shù)層面上孰優(yōu)孰劣 ， 對方案的最終妥協(xié)是無益的 。在IEEE802.15.3a內(nèi)部雖然經(jīng)過多次投票表決 ， 始終無法淘汰其中一種標(biāo)準(zhǔn) ， 取得統(tǒng)一 。最終在2006年1月份召開的IEEE802會議上 ， 802.15.3a經(jīng)過投票 ， 解散了該任務(wù)組 ， UWB在IEEE的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程被終止 。
UWB的MAC層協(xié)議支持分布式網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和資源治理 ， 不需要中心控制器 ， 即支持Ad-hoc或mesh組網(wǎng) ， 支持同步和異步業(yè)務(wù)、支持低成本的設(shè)備實(shí)現(xiàn)以及多個等級的節(jié)電模式 。協(xié)議規(guī)定網(wǎng)絡(luò)以piconet為基本單元 ， 其中的主設(shè)備被稱為piconet協(xié)調(diào)者（PNC） 。PNC負(fù)責(zé)提供同步時鐘、QoS控制、省電模式和接入控制 。作為一個AdHoc網(wǎng)絡(luò) ， piconet只有在需要通信時才存在 ， 通信結(jié)束 ， 網(wǎng)絡(luò)也隨之消失 。網(wǎng)內(nèi)的其他設(shè)備為從設(shè)備 。WPAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換在WPAN設(shè)備之間直接進(jìn)行 ， 但網(wǎng)絡(luò)的控制信息由PNC發(fā)出 。
二、WiMEDIA
像大家熟知的Wi-Fi、WiMAX聯(lián)盟一樣 ， WiMedia聯(lián)盟的重要使命就是建立WPAN認(rèn)證流程和規(guī)范 ， 進(jìn)行認(rèn)證以確保設(shè)備的互操作性 ， 推動UWB技術(shù)在全球范圍的應(yīng)用 。WiMedia聯(lián)盟由英特爾、TI、松下、三星、諾基亞、富士通等聞名公司和許多消費(fèi)電子公司所組成 ， 自成立三年多以來 ， 已經(jīng)擁有非常廣泛的成員 。
WiMedia聯(lián)盟定義的UWB協(xié)議分層如圖1所示 。前面已經(jīng)提到物理層存在MB-OFDM和DS-UWB兩個分支 ， WiMedia目前主要采用MB-OFDM方式 。為了支持多種應(yīng)用 ， 如無線UWB、無線IEEE1394等 ， WiMedia聯(lián)盟在物理層和MAC層之上定義了協(xié)議適配層（PAL） 。
圖1; UWB協(xié)議分層示意圖
WiMedia聯(lián)盟已經(jīng)發(fā)布了物理層認(rèn)證規(guī)范和兼容性測試平臺 ， 并且開展了多次物理層兼容性測試 ， 主要UWB芯片和設(shè)備商均參加了兼容性測試 。隨著產(chǎn)品的逐步成熟 ， WiMedia聯(lián)盟將正式開展UWB的設(shè)備認(rèn)證工作 。

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