UWB（超宽带）标准的两大技术阵营简介

2019-11-04 20:49:18

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供稿：网友

　　从本质上看，UWB(Ultra Wideband，超宽带)是发射和接收超短(纳秒至皮秒级)电磁能量脉冲，并以此进行数据传送的无线技术。UWB自2002年2月14日FCC(美国联邦通信委员会)批准民用以来，已经得到了快速地发展。但它也正在面临着标准制定的挑战。目前在UWB技术领域存在着两方对立阵营，即英特尔、TI等倡导的MBOA(多频段OFDM联盟)和Freescale等倡导的UWB论坛(利用DS-CDMA技术)，而原定2005年上半年完成的UWB标准的制定工作也因此停滞不前。在未来，UWB技术产品很有可能形成两个分割开来的市场，而最终谁能够胜出，也只能由市场做出选择。
　　
　　UWB是一种短距离的无线通讯方式，在10米以内的范围里以至少100Mbps的速率传输数据。这种通信方式比较适合在家庭内部使用，市场应用前景非常广阔，因此围绕UWB的标准之争从一开始就非常激烈。曾经有二十几个标准参与竞争，今天只剩下了两个。它们是来自Freescale的DS-UWB(DS-UWB组建的联盟是UWB论坛)和由TI倡导的MBOA。
　　
　　UWB发展现状
　　从技术上来讲，MBOA和DS-CDMA是无法彼此妥协的，DS-UWB曾提出一个通用信令模式，希望与MBOA兼容。但这种模式显然在技术上无法实现，所以被MBOA、IEEE和无线USB协会拒绝。MBOA在最近的一次表决中占了约10%的优势，但仍然没有达到75%的绝对多数(IEEE规定：能够使提案成为标准需占有75%以上的票数)。
　　
　　从产品上来讲，DS-UWB在开始的时候走在了前面。它的样品在2004年初的时候已经在拉斯维加斯的消费电子展上展出，但之后的进展比较缓慢，当时存在的问题今天依然存在，例如功耗很大、需要两根天线分别收发、在天线与接收器中间有阻挡时会出现花屏等。
　　
　　而另一方的MBOA正迎头赶上，来自Staccato公司芯片级的物理层芯片(PHY)在2004年的第一季度已经完成，八、九月份的时候，配合TI公司可编程门阵列(FPGA)的媒体存取控制器(MAC)已经可以工作。FPGA还不是芯片级的产品，是在芯片生产之前用来验证和测试逻辑功能的，完全芯片级的平台要到今年年底实现。这将是两个芯片的方案，相比较于DS-UWB目前的四芯片方案在成本、体积和功耗上占有较大的优势。
　　
　　那么，还要多久用户才能享受到UWB这一新技术和新标准带来的全新体验呢？对于一项新技术、新产品的开发来说一般需要经过四个阶段：芯片阶段、模块阶段、系统阶段、产品阶段。DS-UWB已处于模块阶段，而MBOA刚刚进入芯片阶段。用户仍需要等待一段时间。即便是达到了产品阶段，还需要经受市场的考验，不然重蹈蓝牙技术的覆辙，昙花未现便已凋零，不管谁赢得了标准之争也只能是一个失败的尝试，这需要整个产业链的共同努力。
　　
　　真正的UWB
　　在理解UWB的时候有必要知道UWB不仅仅指的是DS-CDMA或MBOA，他们仅仅是处于UWB完整架构的最底层。如下图所示：
　　
　　DS-CDMA或MBOA相当于物理层，位于整个架构的最底层，它还分成两个子层，即物理层(PHY)和物理层的控制器层(MAC)。在其上面是WiMedia(无线多媒体)的汇聚层，有点类似于链路层或事务层，介于物理层和应用层的中间。在WiMedia汇聚层的上面就是应用层面的无线USB、无线1394和其他的应用环境，这些层多已被IEEE802.15.3a确认。
　　
　　无线USB的标准将在今年年底之前颁布，这里大家首先要弄清楚这个无线USB的标准是得到USB-IF(USB设计论坛)确认的，而并不是之前由CyPRess公司推出的那个企业标准。无线USB的推动小组成员包括英特尔、惠普、微软、德州仪器、飞利浦、三星、NEC和Agere。它们将负责建造一个与USB兼容的应用软件栈，以及和1394及WiMedia合作创建分享UWB射频的规则。
　　
　　获得USB的支持和支持USB对UWB是非常重要的。大家都知道，USB的应用已经非常普遍，但现在的USB外设都是有线的，今天已经有15亿条USB线缆存在于我们的生活中，而这个数字到2006年时将大幅增长到35亿，这表示有差不多这个数量的USB设备和主机。无线USB的目的是消除线缆，而用无线的方式收发信号。在PC主机和外设这两端依然以USB的方式工作，所以必须有一个与USB兼容的应用软件栈。而无线发射这一块需要使用UWB的射频，由于1394的设备和其他设备(非USB和1394)也需要通过UWB的射频来进行无线收发，他们将在WiMedia这一层汇聚，不管原来是什么信号，在经过WiMedia汇聚层后转换成相同的信号传送给物理层发射，也就是要分享UWB射频。
　　
　　MBOA已经得到无线USB的批准，而DS-CDMA尚未，这对于DS-CDMA是一个严重的缺憾。
　　
　　同样1394也是非常重要的，非凡是在消费电子市场上。我们今天比较熟悉的1394设备是数码摄像机(Camcorder或DV)，1394与USB最大的不同是外设与外设之间可以直接通讯。USB采用主/从的架构，比较多见的主机是PC机，而其他外设都是从设备，他们或直接或经由集线器(Hub)连到主机，所有的操作必须由主机来主导，这很适合于PC及其周边设备的应用，但显然不适合于消费电子产品的互联。1394采用对等的架构(peer-to-peer)，联网的设备彼此之间都可以通讯，例如机顶盒和DVD机可以同时播放，而电视机和刻录机可以选择其中的任何一个节目源，而这并不需要一台主机的控制。今天在市场上已经有3亿条1394的线缆，这个数字将随着数字电视的普及在今后几年中大幅增长。
　　
　　与无线USB不同，无线1394对DS-CDMA和MBOA都支持。无线1394的主任成员较之于无线USB的推动者小组成员的范围要更广泛一些，尽管英特尔和飞利浦不在其中，但有索尼、松下、三菱这样的消费电子制造巨头，也有苹果、牛津半导体这样的PC及其外设制造商，还有软件商，像Mindready、Vividlogic、Newnex以及Molex等。他们将负责构建一个1394协议适应层(PAL)以支持400Mbps的无线1394，还要与WiMedia协会合作以实现兼容性和互操作性。
　　
　　WiMedia协会的任务看起来比较多一些，它需要建立一套程序用于认证和保证互操作性；要能支持多协议的架构，比如无线USB、无线1394和DLNA(数字化客厅网络联盟)，要支持公平竞争和传输数据的安全性；要支持即插即用和建立基于ip的应用程序栈来支持多媒体数据流。该协会成员包括英特尔、惠普、德州仪器、飞利浦、三星、LG、意法半导体、夏普、柯达等，摩托罗拉亦在此协会成员之列。
　　
　　所以我们应该看到所谓的UWB是一个完整的系统，而不仅仅是现在人们热衷讨论的DS-CDMA或MBOA。只有充分理解这一点才算是理解了真正的UWB，而只有全面地支持所有这些协议层，才可以说是一个完整的UWB系统。
　　
　　没有完美
　　回到DS-CDMA或MBOA的标准之争。我们究竟如何去判定孰优孰劣呢？其实两方面都有各自的优缺点。DS-CDMA技术是单频带方式或窄脉冲方式，多个传输任务可共享整个频带的频率，对现有的、许可频带内的用户造成的干扰比较少，成本可以做得比较低、上市的时间较短，易于实现低功耗、低速数据流的无线传输，可实现更高速的无线数据传输，应用于媒体流及大量的数据传输；MBOA技术是多频带方式，技术上易于实现、功耗很低，频带的利用率高，多个频率子带并列，可以避开某些频带，灵活配置，速率的扩展性好。
　　
　　以无线电频率治理来说，有两个基本的原则：新的无线电技术不得对已有的无线电台(系统)造成有害干扰；新的无线电技术受到干扰不得提出保护要求，即要能忍受已有无线电台的各种干扰。这对于DS-CDMA比较头疼，因为它使用整个3.1GHz-10.6GHz频段，而有些无线技术已经使用了其中的一些频率，例如802.11p的载频是5.8GHz；而MBOA使用多个频率子带，可以很方便地避开这个频率。
　　
　　WB论坛目前有77家会员，其中有十几家高校和研究所，占了近15%。MBOA联盟已有170多个成员，几乎集中了所有的大型跨国公司和集团，这是一种优势，因为开发、推广、应用一个新的技术和产品需要大量的投入，远远不是一两家企业所能承受的。而且UWB一个很重要的应用是把家庭中的电器产品连接成微微网，需要有大量的电器产品支持，这就要求有大批的家用电器和计算机制造商提供这样的产品。
　　
　　撇开UWB内部的标准之争，我们还应该看到在数字化家庭这样一个应用领域，UWB还远谈不上一花独放。802.11也正在跃跃欲试，WLAN的劣势是其传输速率较低和对多媒体数据流的支持不够，但传输距离长却是它的优势。802.11正在试图突破这些技术瓶颈，能否在不久的将来实现值得我们关注。
　　
　　UWB传输距离短的局限(10米)也使得它只能构建微微网，即便在一个家庭内部也无法真正实现网络化，这需要结合有线的传输技术，例如1394a/b、USB2.0或USBOTG。有线技术同样具有很多的优点，比如电磁干扰小、传输稳定、安全性高等等。另一个优势是这些标准已经成熟，产品经受过市场的考验，也符合消费者的使用习惯。
　　
　　另外，在关注UWB的同时，开发其他更实用与更迫切的数字接口技术也应逐步提上日程。
　　 UWB（超宽带）标准的两大技术阵营简介