超宽带无线通信技术发展现状

日期：2007年6月18日作者：查看:[大字体中字体小字体]

    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管理，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、富士通等著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
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