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UWB技術(shù)發(fā)布回顧
上圖是美國(guó)英特爾于2002年4月在“IDF 2002 Spring Japan”上對(duì)該技術(shù)進(jìn)行演示時(shí)的情景。照片上的兩部終端分別是發(fā)送器（照片右）和接收器（照片左）。在區(qū)區(qū)數(shù)米的距離內(nèi)能夠以100Mbit/秒的速度進(jìn)行通信。
除英特爾外，美國(guó)Time Domain、美國(guó)Multispectral Solutions以及美國(guó)XtremeSpectrum等公司也在進(jìn)行UWB無(wú)線設(shè)備的開發(fā)和生產(chǎn)。這些公司都正在從事軍用無(wú)線設(shè)備及雷達(dá)方面的研發(fā)。UWB是以軍用雷達(dá)為主要用途，從1960年開始開發(fā)的軍用技術(shù)。
冷戰(zhàn)結(jié)束后，由于受到軍轉(zhuǎn)民潮流的影響，各家企業(yè)展開了游說活動(dòng)，以便解除對(duì)UWB的民用禁令。UWB的最終解禁是2002年2月14日。這一天美國(guó)FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）準(zhǔn)許該技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域，用戶不必進(jìn)行申請(qǐng)即可使用。
UWB為什么主要用于短距離無(wú)線通信？
UWB此前并非只是因?yàn)檐娛律系脑虿艧o(wú)法進(jìn)行民用的。其主要原因在于UWB所特有的“超寬帶”特點(diǎn)。
在基于UWB的通信中所必須的頻帶寬度相當(dāng)大，從500MHz直至數(shù)GHz。比如，英特爾的試制機(jī)使用的就是從2GHz頻帶至6GHz頻帶之間的4GHz帶寬。也許有很多人不清楚這個(gè)帶寬到底有多大，但是模擬手機(jī)使用的帶寬僅為30kHz，甚至連采用同時(shí)使用多個(gè)帶寬的OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)進(jìn)行高速通信的IEEE802.11a所使用的帶寬也只不過是18MHz（日本標(biāo)準(zhǔn)）。
但實(shí)際上并不存在空閑如此之寬的頻帶。所以，無(wú)論怎么做，總是要出現(xiàn)與現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)所使用的頻帶相互重疊的部分?？梢哉f這不是一項(xiàng)進(jìn)行頻帶分配，而是一項(xiàng)以共享其他無(wú)線技術(shù)使用的頻帶為前提的無(wú)線技術(shù)。
當(dāng)然，還存在著用戶申請(qǐng)的壁壘。IEEE802.11a和11b等無(wú)線LAN產(chǎn)品，用戶不必申請(qǐng)?jiān)S可即可使用。如果只能購(gòu)買而不能使用的話，那么就不可能得到普及。因此對(duì)于UWB而言，不可或缺的是解禁必須以免除用戶申請(qǐng)為前提。
最終，2002年2月FCC準(zhǔn)許UWB技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域的條件就是：“在發(fā)送功率低于美國(guó)放射噪音規(guī)定值－41.3dBm/MHz(換算成功率則為1mW/MHz)的條件下，可將3.1G～10.6GHz的頻帶用于對(duì)地下和隔墻之物進(jìn)行掃描的成像系統(tǒng)、汽車防撞雷達(dá)以及在家電終端和便攜式終端間進(jìn)行測(cè)距和無(wú)線數(shù)據(jù)通信”。
發(fā)射功率的大小決定其傳輸距離。據(jù)英特爾按照FCC的規(guī)定而進(jìn)行的演示結(jié)果顯示，對(duì)于10米以內(nèi)的距離，UWB可以發(fā)揮出高達(dá)數(shù)百M(fèi)bit/秒的傳輸性能，但是在20米處反倒是IEEE802.11a/b的無(wú)線LAN更好一些。也就是說，既然UWB將與現(xiàn)有無(wú)線技術(shù)共存，就不會(huì)被用于長(zhǎng)距離傳輸。
UWB實(shí)質(zhì)上是短小精悍的“脈沖”
之所以需要如此的帶寬，是因?yàn)閁WB是與手機(jī)和無(wú)線LAN等現(xiàn)有無(wú)線通信完全不同的方式。
現(xiàn)有的無(wú)線通信為了劃分頻帶而使用“載波”。載波的頻率和功率在一定范圍內(nèi)變化，從而利用載波的狀態(tài)變化來(lái)傳輸信息。
而UWB則不使用載波。它使用“脈沖”信號(hào)進(jìn)行信息傳輸。所謂脈沖，就是指產(chǎn)生和消失時(shí)間極其短暫的瞬間電流。而UWB方面，其產(chǎn)生和消失時(shí)間僅為數(shù)百微秒至數(shù)納秒以下。1毫秒是1/1000秒，1微秒是1/1000毫秒，1納秒相當(dāng)于1/100微秒。由于在1納秒的時(shí)間里光也只能傳播約30cm的距離，可見這種脈沖非常之短。
如果將這種脈沖按頻率來(lái)分析，則可以將其分解成多種頻率的波（正弦波）段。由于是肉眼看不見的電波，因此難以直觀地進(jìn)行把握，但正如可利用棱鏡對(duì)光進(jìn)行分解、得到各種波長(zhǎng)的光一樣，也可以使用類似的方法進(jìn)行分析。
如果減小脈沖的長(zhǎng)度，那么頻帶寬度的增加將與時(shí)間成反比。在使用脈沖傳送信號(hào)時(shí)，脈沖長(zhǎng)度越小，單位時(shí)間內(nèi)傳送的信號(hào)就越多。反過來(lái)說，帶寬越寬就能夠傳送更多的脈沖。不僅速度可以提高，而且還能有效地降低耗電量。由于加電時(shí)間極其短暫，因此平均耗電量很低。
會(huì)產(chǎn)生微弱的噪音干擾
不過，麻煩的是，包含高達(dá)數(shù)GHz頻帶的頻率成分的脈沖對(duì)于其他無(wú)線通信而言，只是干擾通信的噪音而已。FCC在充分考慮干擾的危害性之后，才最后決定解除對(duì)UWB的民用禁令。但是美國(guó)國(guó)防部和航空界至今仍然認(rèn)為可能會(huì)造成干擾。看來(lái)即使在UWB的發(fā)祥地--美國(guó)，人們的意見也并不統(tǒng)一。
目前在日本國(guó)內(nèi)的情況是，即沒有充分的實(shí)證性數(shù)據(jù)，也沒有在日本電波法這一框架下對(duì)如何使用UWB進(jìn)行討論。日本總務(wù)省的觀點(diǎn)是：“美國(guó)和日本的國(guó)情不同。無(wú)法直接照搬美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)”。
現(xiàn)在令人擔(dān)心的是，UWB會(huì)干擾到利用來(lái)自宇宙的微弱電波進(jìn)行觀測(cè)的電波天文臺(tái)。美國(guó)的電波天文臺(tái)大多設(shè)立在以沙漠為主的無(wú)人地區(qū)，而日本的電波天文臺(tái)有的就設(shè)置在離民房和道路不遠(yuǎn)的地方。雖然可以通過更新設(shè)備來(lái)調(diào)整頻帶，但不管怎么說都需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。
一旦獲準(zhǔn)，就將用于個(gè)人電腦
在以上分析的基礎(chǔ)上，我們來(lái)預(yù)測(cè)一下UWB一旦在日本得到批準(zhǔn)后，在個(gè)人電腦上的應(yīng)用前景。毫無(wú)疑問，核心問題是硬件與軟件的支持。
硬件方面，美國(guó)Time Domain公司和美國(guó)Multispectral Solutions公司已經(jīng)達(dá)到了即將開始提供UWB芯片組工業(yè)樣品的階段。估計(jì)最快將于2004年進(jìn)行正式投產(chǎn)。
最有可能的情況是：將UWB集成到個(gè)人電腦芯片組中。目前，英特爾正在進(jìn)行研究和開發(fā)，以便將其配備于芯片組中。這是因?yàn)榕c使用載波的無(wú)線技術(shù)不同，由于脈沖發(fā)生的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此相對(duì)來(lái)說比較容易在芯片組中集成。
英特爾總裁保羅·奧特里尼（Paul Ottelini）已宣布：“將在Banias中集成無(wú)線LAN功能”。Banias是與Crusoe相抗衡的低耗電處理器，計(jì)劃于2003年上半年開始供貨。在這種芯片組中將集成無(wú)線LAN功能，也就是IEEE802.11（是a還是b 尚未確定）。盡管UWB技術(shù)目前還處于開發(fā)的初始階段，各種產(chǎn)品的投產(chǎn)時(shí)間尚未確定，但是在Banias芯片組中積累的經(jīng)驗(yàn)一定會(huì)派上用場(chǎng)。
在超高速無(wú)線技術(shù)方面，目前60GHz的使用微波頻帶的無(wú)線技術(shù)也正在開發(fā)中。盡管如此，要想把使用大大超過半導(dǎo)體工作頻率的頻帶的無(wú)線技術(shù)集成到芯片組中還是非常困難的。
OS的支持方面，如果繼續(xù)使用現(xiàn)有的軟件，那么制造商的負(fù)擔(dān)也許并不大。這是因?yàn)閁WB只不過是相當(dāng)于接口最下層的物理層規(guī)格。比如，英特爾將UWB定位于“無(wú)線USB2.0”。實(shí)際上，盡管還面臨著如何認(rèn)證與個(gè)人電腦連接的設(shè)備等無(wú)線技術(shù)所特有的問題，但是只需提供用于控制終端產(chǎn)品的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，基本上就可以直接沿用上層程序。
另外也可能將其作為藍(lán)牙的物理層來(lái)使用。Time Domain和Multispectral Solutions等公司已經(jīng)向旨在推進(jìn)面向短距離通信的無(wú)線方式標(biāo)準(zhǔn)化的IEEE802.15委員會(huì)提出了UWB規(guī)格。所謂IEEE802.15就是指已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的藍(lán)牙技術(shù)。設(shè)立于2002年1月的研究小組“SG3a”的目標(biāo)就是：專門面向動(dòng)態(tài)圖像傳輸，制定數(shù)據(jù)傳輸速度在100Mbit/秒以上的無(wú)線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。該小組將于2003年4月至7月間確定相應(yīng)規(guī)格。如果不出意外的話，或許UWB將作為“藍(lán)牙2”出現(xiàn)在用戶面前。
