以下是東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的畢光國教授演講：

主持人：下面我們有請(qǐng)來自東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的畢光國教授，他演講的題目是我國高速UWB通信系統(tǒng)的研發(fā)——回顧與展望。

畢光國：各位來賓，女士們、先生們下午好！今天我很高興參加WiMedia的高峰會(huì)議。在這個(gè)會(huì)上向大家介紹一下我國高等學(xué)校在超寬帶方面技術(shù)的研發(fā)情況。

我主要講的第一個(gè)內(nèi)容就是高速UWB無線通信商業(yè)應(yīng)用即將起飛，第二方面就是對(duì)于我國高速超寬帶研發(fā)的回顧，第三方面講一下我們自己對(duì)后續(xù)研發(fā)的考慮。最后談幾點(diǎn)想法。

超寬帶技術(shù)可以追溯到20世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)主要是對(duì)電磁學(xué)的研究，最初主要應(yīng)用于軍用的雷達(dá)高精度測(cè)距和隱秘通信方面。20世紀(jì)90年代以來，隨著現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)和集成電路的迅猛發(fā)展，使超寬帶技術(shù)在商業(yè)民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用成為可能，在數(shù)字家庭和網(wǎng)絡(luò)中也具有了很大的發(fā)展?jié)摿?。為了響?yīng)這種需要，美國的FCC在1998年發(fā)出了關(guān)于開放UWB設(shè)備應(yīng)用的征詢公告，這個(gè)FCC經(jīng)過4年的測(cè)試和評(píng)估工作，在2002年4月份發(fā)出了全世界第一個(gè)關(guān)于民用超寬帶設(shè)備使用頻譜的規(guī)范，03年、04年FCC不斷的放寬這個(gè)規(guī)范的要求，到05年3月份FCC又豁免了符合DS-UWB和WiMedia兩個(gè)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高速UWB的產(chǎn)品測(cè)試，為UWB產(chǎn)品進(jìn)入將來的市場(chǎng)做了鋪墊。

但是雖然是FCC為UWB的產(chǎn)品開了綠燈，但是它也受到了一些軍事領(lǐng)域等等的反對(duì)和非議，因?yàn)檫@里面牽涉到一些干擾的問題。所以除了美國以外的各個(gè)政府在這個(gè)領(lǐng)域里面都沒有馬上的表態(tài)，都很謹(jǐn)慎。所以經(jīng)過了3年左右的測(cè)試評(píng)估，到05年的時(shí)候英國政府的監(jiān)管部門首先表態(tài)支持超寬帶的應(yīng)用。同時(shí)他們向歐洲的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范提出了建議，05年8月份日本政府也初步批準(zhǔn)了3.4-4.8G赫茲的頻譜與輻射規(guī)范。

 圖為東南大學(xué)移動(dòng)通信國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的畢光國教授

ITU在05年確定了各國和各地區(qū)UWB頻譜分配的原則。06年2月ITU第一研究組批準(zhǔn)了給予UWB全球性監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的建議。自從1998年FCC發(fā)出了第一個(gè)關(guān)于UWB的公告，到06年UWB的支持者與反對(duì)者進(jìn)行了長達(dá)8年時(shí)間的抗戰(zhàn)，這樣的努力終于迎來了各國政府和官方的認(rèn)可。目前世界上很多國家都在加緊測(cè)試評(píng)估，將確定超寬帶的頻譜規(guī)范對(duì)超寬帶產(chǎn)品的規(guī)定。以上講的是超寬帶規(guī)范方面，關(guān)于超寬帶有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面首先是在美國由2002年11月啟動(dòng)的IEEE802.15 TG3a任務(wù)組進(jìn)行的高速WPAN PHY層，增強(qiáng)型替代傳輸協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作，當(dāng)時(shí)成為全球業(yè)界參與和關(guān)注的焦點(diǎn)。但是不幸的是很快陷入了DS-UWB和MB-OFDM兩個(gè)體制之間相持不下的局面。結(jié)果最后802.15 TG3a這個(gè)工作就不歡而散了。

WiMedia05年開始與Ecma International無合作，在05年推出了WiMedia的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在國際標(biāo)準(zhǔn)化組織實(shí)際上已經(jīng)批準(zhǔn)了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，目前WiMedia聯(lián)盟里已經(jīng)有90企業(yè)開發(fā)出來了高速的芯片和產(chǎn)品。規(guī)?；牧慨a(chǎn)預(yù)期在今年年底之前和明年初就會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)了。WiMedia的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被WUSB和W1394和藍(lán)牙等采納了，已經(jīng)具有了融入市場(chǎng)的有利的條件。

這里面還有一個(gè)技術(shù)體系叫做Cwave這個(gè)技術(shù)體系，這個(gè)公司也是一個(gè)很老牌的超寬帶研究公司。他們?cè)瓉硪恢北容^低調(diào)，只是05年開始封封的登臺(tái)亮相，推出他們體系的演示系統(tǒng)，但是他們目前還沒有真正開發(fā)出產(chǎn)品，但是他們的演示系統(tǒng)顯示，他們?cè)诩夹g(shù)上可以產(chǎn)生更大的實(shí)力。這樣在高速超寬帶領(lǐng)域里面有了三種產(chǎn)品，WiMedia、DS-UWB和Cwave。據(jù)有關(guān)部門預(yù)測(cè)，超寬帶市場(chǎng)的年增長率從06年開始每年將會(huì)超過100%的增加。目前國際上很多大公司都是支持WiMedia的。因?yàn)閃iMedia目前成為了國際化的標(biāo)準(zhǔn)。這樣它的力量就更強(qiáng)了。但是另外兩個(gè)公司也不會(huì)就此罷手，還會(huì)在專業(yè)的領(lǐng)域里發(fā)展自己的產(chǎn)品，所以三者之間的競(jìng)爭起來不可避免的。在這個(gè)前提下，我們國家的生產(chǎn)企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)和運(yùn)營商應(yīng)該盡快的來考慮關(guān)于頻譜管理和分配、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用開發(fā)、商業(yè)模式和產(chǎn)業(yè)鏈方面的思考和探討，再也不能等待了。

下面簡單介紹一下我們國家在高速超寬帶發(fā)展的情況，主要是我所了解的在國內(nèi)高校的一些情況。在國內(nèi)，近年來UWB技術(shù)也引起了科技部、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)，信息產(chǎn)業(yè)部等政府部門的高度重視，以超寬帶為主題的項(xiàng)目也逐年的增加，同時(shí)經(jīng)費(fèi)也有所增加。在20世紀(jì)80年代我國在電磁波和雷達(dá)領(lǐng)域的研究，已經(jīng)進(jìn)行了脈沖電磁波的傳播和UWB脈沖雷達(dá)的研究工作。90年代一些高校的研究者也開始關(guān)注超寬帶的跟蹤和發(fā)展，包括東南大學(xué)等一些學(xué)校。

國家863計(jì)劃通信主題在2001年發(fā)布了我國第一個(gè)關(guān)于超寬帶的預(yù)研課題指南，就是《超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)》的課題，這個(gè)課題由東南大學(xué)主要進(jìn)行研究，而且成功的完成了這個(gè)研究任務(wù)。這是我們國家第一個(gè)超寬帶方面的課題。2003年在第一個(gè)課題完成的基礎(chǔ)上，國家863通訊組又發(fā)布了超寬帶無線傳輸技術(shù)研究與開發(fā)的預(yù)研課題。這個(gè)預(yù)研課題為期半年時(shí)間。當(dāng)時(shí)有17家高校超寬帶研究中心參與了競(jìng)選，最后有五家勝出，包括清華、北郵和東南大學(xué)等高校。在17家所提的方案當(dāng)中大部分都是脈沖UWB的方案，有少數(shù)是采用OFDM的方案，最后五家當(dāng)中大部分也是脈沖方案，這五家在04年驗(yàn)收的時(shí)候五家中選取了三家學(xué)校，其中東南大學(xué)、清華大學(xué)和中科大的脈沖方案獲得了通過。

其中基于多帶體制的目前超寬帶無線通信關(guān)鍵技術(shù)由我們東南大學(xué)來研究。我們通過了所有的演示系統(tǒng)，包括實(shí)驗(yàn)演示系統(tǒng)。我們根據(jù)認(rèn)知UWB無線電概念形成了多層多載波，在這個(gè)過程中我們完成了計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括物理層的平臺(tái)，以及調(diào)試和驗(yàn)收。 傳輸距離大于10米。我們本身的實(shí)際指標(biāo)可以達(dá)到660兆Mbps。它可以實(shí)現(xiàn)更大的系統(tǒng)容量，對(duì)硬件的實(shí)現(xiàn)要求可以降低成本。我們這些方案、機(jī)制和方法都是我們自己設(shè)計(jì)的。

這是我們系統(tǒng)的方案。我們和WiMedia的系統(tǒng)比較，上面的是WiMedia早期的方案，下面的是我們系統(tǒng)的方案，我們系統(tǒng)的方案比早期WiMedia的方案要好一到兩個(gè)分貝，但是WiMedia現(xiàn)在又改進(jìn)了，改進(jìn)以后的方案我們估計(jì)和他們的方案性能是相當(dāng)?shù)?，但是我們沒有再進(jìn)行比較。圖）這是我們FPGA的機(jī)帶板。這是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的時(shí)候的發(fā)射端。這個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的接收端。

下面介紹一下清華大學(xué)的一個(gè)方案，他們完成了MBOK的無線數(shù)據(jù)傳輸演示系統(tǒng)，最大的碼片速率是250Mbps，數(shù)據(jù)傳輸速率是100Mpbs。以上介紹的是國家863計(jì)劃組所支持的一些課題和研究的情況。從理論研究到技術(shù)方案到最后實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的驗(yàn)收完成。

國家自然科學(xué)基金委員會(huì)在03年開始在一般面上項(xiàng)目支持UWB研究，研究的課題脈沖方面的比較多，國內(nèi)各界關(guān)心的還是脈沖超寬帶的潛力，在863項(xiàng)目中對(duì)脈沖方案提的也比較多。所以這個(gè)脈沖方案，像高速無線互聯(lián)技術(shù)，基于超寬帶的等等的課題。自然科學(xué)基金委在04年又發(fā)布了一個(gè)《超寬帶高速無線接入理論與關(guān)鍵技術(shù)》的課題，由哈工大、南郵和規(guī)電三校聯(lián)合組成項(xiàng)目組承擔(dān)。主要是研究脈沖超寬帶信號(hào)設(shè)計(jì)、產(chǎn)生和傳播的理論與分析方法，超寬帶無線技術(shù)的有關(guān)理論和技術(shù)，超寬帶無線高速接入系統(tǒng)的演示驗(yàn)證等等，這個(gè)項(xiàng)目目前還處于中期，預(yù)計(jì)在08年完成，項(xiàng)目還正在建設(shè)當(dāng)中。

除了863支持的項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金支持的項(xiàng)目以外，國家無線電監(jiān)測(cè)中心也有一些關(guān)于頻譜共享和干擾的研究和測(cè)試項(xiàng)目，也有個(gè)別的省市，也有自然科學(xué)基金來資助UWB的項(xiàng)目，其中包括一些企業(yè)，像華為電子和中興通信等企業(yè)也設(shè)立了基金資助高校的UWB研究。

在學(xué)術(shù)交流方面，我們國家在2004年8月份在上海由863通信主題主辦的，我們東南大學(xué)承辦的召開了我國第一個(gè)關(guān)于超寬帶的大型會(huì)議——超寬帶無線通信技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)。此外，電子學(xué)報(bào)、通信學(xué)報(bào)也出版了UWB的專輯和相關(guān)的著作，這些著作還是以UWB脈沖為主。總之，高速UWB的研發(fā)，在國際上除美國外，國內(nèi)起步還是比較早的，如果經(jīng)費(fèi)能夠有保證，按照我們?cè)ǖ挠?jì)劃，在05年的年底或者是在06年初已經(jīng)開發(fā)出了幾代的芯片了。因此超寬帶研發(fā)沒有能夠持續(xù)的研發(fā)，這也使得我們的研發(fā)力量比較分散，數(shù)量比較重復(fù)，我們希望這種狀況能夠盡快的得到改善。

下面講一下我們關(guān)于超寬帶進(jìn)一步研發(fā)的一些考慮。我們是高校的研究機(jī)構(gòu)，我們很希望與有關(guān)的企業(yè)合作，能夠開發(fā)出我們國家自己的超寬帶的芯片出來。因?yàn)槌瑢拵У氖褂昧吭趥€(gè)人、社會(huì)上都有很廣泛的應(yīng)用。這樣的芯片我們不可能完全靠進(jìn)口來生產(chǎn)，必須靠我們國家自己開發(fā)。要發(fā)展高速超寬帶芯片的產(chǎn)業(yè)應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)先行，我們應(yīng)該盡快的制訂我們的標(biāo)準(zhǔn)，我們要考慮兼容和無線互聯(lián)，同時(shí)根據(jù)我們的國情制訂自己的高速超寬帶的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。同一個(gè)產(chǎn)品可以用在不同的領(lǐng)域，它的核心的應(yīng)用是高質(zhì)量的視頻應(yīng)用，我們國內(nèi)有條件的企業(yè)可以開發(fā)出很多使用于家庭的和企業(yè)的各種網(wǎng)絡(luò)的商用產(chǎn)品。這些應(yīng)用對(duì)于UWB產(chǎn)品提出了更高的要求，它要求下一步的傳輸速率應(yīng)該達(dá)到1Gbps，要求它的功耗和成本要更加低。

目前，WiMedia產(chǎn)品還不能達(dá)到這樣的要求。為了達(dá)到更高的要求，我們又對(duì)WiMedia的產(chǎn)品和技術(shù)應(yīng)該進(jìn)行改進(jìn)，我們認(rèn)為可以在編解碼技術(shù)，在多天線技術(shù)等等方面有所改進(jìn)。我們現(xiàn)在也正在開展這方面的研究工作。另外一個(gè)方面就是認(rèn)知無線電。我們認(rèn)為應(yīng)該把認(rèn)知無線電技術(shù)和UWB技術(shù)結(jié)合起來，這樣以便更好的利用頻譜，這也是我們正在研究的課題。第四代無線通信將融合多種無線接入網(wǎng)，因此融合包括UWB在內(nèi)的多種無線傳輸技術(shù)的多無線平臺(tái)也是我們的一項(xiàng)正在研究的課題。

更進(jìn)一步的研究課題就是把我們的傳輸目標(biāo)提高到10Gbps速率的WPAN。將來會(huì)將40G的速率發(fā)展。這樣的傳輸速率是未來WPAN的速率目標(biāo)。解決這樣的目標(biāo)，一個(gè)辦法就是開發(fā)更高頻段，如60G，但是它成本高。另一種辦法就是利用現(xiàn)有的頻段，采用CR-UWB，可以把它提高到10個(gè)Gbps是有可能的。但是我們知道超寬帶技術(shù)的本身頻譜利用率很小。

我們認(rèn)為應(yīng)該利用頻譜率很高的、更先進(jìn)的、新的編碼調(diào)制技術(shù)，把現(xiàn)有的頻譜利用率提高幾十倍，在現(xiàn)有的技術(shù)條件下就可以把傳輸速率提高到10個(gè)Gbps甚至達(dá)到100Gbps了，這樣頻譜設(shè)備就不會(huì)那么稀缺了。這是我們?cè)诳紤]和研究的課題。當(dāng)然現(xiàn)在已經(jīng)有了這樣的技術(shù)，就是所謂超窄帶的技術(shù)，它的頻譜利用率可以達(dá)到100Gbps，但是它現(xiàn)在所采用的技術(shù)不能用到家用的情況下，因?yàn)樗某杀靖?。所以我們要采用新的調(diào)制和編碼關(guān)系，改變現(xiàn)有的超窄帶的方法。

超寬帶的發(fā)展勢(shì)頭正在加快，其應(yīng)用前景廣闊，我國超寬帶的研發(fā)基礎(chǔ)，我們經(jīng)過努力希望趕上國際的步伐。我們要盡快的開展我們自己國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。我國有條件的企業(yè)要盡量擁有UWB的技術(shù)產(chǎn)品，要積極參與國際競(jìng)爭，我們也希望政府有關(guān)部門能夠盡快加大力度支持和組織各方面的力量采取開放的方針進(jìn)行頻譜規(guī)劃、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品規(guī)范的制訂工作。我們課題組也將在現(xiàn)有的研究成果基礎(chǔ)上，在政府有關(guān)部門的組織和指導(dǎo)下積極參與國內(nèi)有關(guān)的項(xiàng)目合作，為我國自己的UWB產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)業(yè)發(fā)展有所貢獻(xiàn)。謝謝大家！