肖征榮 王東
當(dāng)設(shè)計未來的短距離無線通信系統(tǒng)時，需要考慮通信的普遍特性和Ｂ３Ｇ中提到的“任何人，任何時間，任何地點”的連接性。這要求新的無線通信系統(tǒng)是現(xiàn)在和未來無線通信系統(tǒng)的綜合，包括局域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)（ＷＬＡＮ）、無線個人局域網(wǎng)（ＷＰＡＮ）、無線個域網(wǎng)（ＷＢＡＮ）、Ａｄ Ｈｏｃ和家用局域網(wǎng)，可以連接計算機和各種娛樂設(shè)備等。這就需要新的無線技術(shù)，使用戶能夠管理各種信息，完全接入到各種數(shù)據(jù)。
對各種不同的通信鏈路比如人—人、人—機、機—人、機—機等，短距離無線技術(shù)將起關(guān)鍵的作用。多數(shù)人與人之間的信息交換是語音的，而在家庭和辦公室中，日益增加的是對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨�，如位置�?yīng)用和視頻。將來，人們都會希望得到高數(shù)據(jù)速率，可以與周圍的智能網(wǎng)同時作用。在此需求背景下，基于超寬帶無線電技術(shù)（ＵＷＢ－ＲＴ）的無線設(shè)備的商業(yè)化，受到廣泛關(guān)注。
ＵＷＢ－ＲＴ的優(yōu)點
與其它無線通信技術(shù)相比，ＵＷＢ－ＲＴ具有許多優(yōu)點（表１）。ＵＷＢ－ＲＴ的特點有：傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、抗多徑能力強、功耗低、成本低。ＵＷＢ－ＲＴ通過改變脈沖的幅度間距或者持續(xù)時間來傳遞信息。
１．頻譜利用率高
ＵＷＢ－ＲＴ不需要產(chǎn)生正弦載波信號，可以直接發(fā)射沖激脈沖序列，因而具有很寬的頻譜和很低的平均功率，有利于與其它系統(tǒng)共存，從而提高頻譜利用率。
２．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單
�。眨祝拢遥圆恍枰也ㄕ{(diào)制和上、下變頻，也不需要本地振蕩器、功放和混頻器等，因此體積小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單。ＵＷＢ－ＲＴ信號的處理也比較簡單，只需要使用很少的射頻或微波器件；射頻設(shè)計簡單，系統(tǒng)的頻率自適應(yīng)能力強。
３．成本低
將脈沖發(fā)射機和接收機前端集成到一個芯片上，再加上時間基和控制器，就可以構(gòu)成一部ＵＷＢ通信設(shè)備，因此其成本低。
４．系統(tǒng)安全性能好
由于ＵＷＢ－ＲＴ信號采用了跳時擴(kuò)頻，其射頻帶寬可以達(dá)到１ ＧＨｚ以上，它的發(fā)射功率譜密度很低，信號隱蔽在環(huán)境噪聲和其它信號之中，用傳統(tǒng)的接收機無法接收和識別，必須采用與發(fā)端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào)，因此增強了系統(tǒng)的安全性。
５．抗多徑衰落能力強
ＵＷＢ－ＲＴ信號的衰落比較低，有很強的抗多徑衰落的能力。
６．系統(tǒng)容量大
�。眨祝拢遥孕盘柕母邘拵砹藰O大的系統(tǒng)容量，由于ＵＷＢ－ＲＴ信號發(fā)射的沖激脈沖占空比極低，系統(tǒng)有很高的增益和很強的多徑分辨力，所以系統(tǒng)容量比其它的無線技術(shù)都高。
７．其 他
由于ＵＷＢ－ＲＴ信號的擴(kuò)頻處理增益比較大，即使采用低增益的全向天線，也可使用小于１ ｍＷ的發(fā)射功率實現(xiàn)幾公里內(nèi)的通信。如此低的發(fā)射功率延長了系統(tǒng)電源的使用時間，非常適合移動通信設(shè)備的應(yīng)用。有研究表明，使用ＵＷＢ－ＲＴ的手機其待機時間可達(dá)６個月；而且其低輻射功率可以避免過量的電磁波輻射對人體的傷害。
ＵＷＢ－ＲＴ的應(yīng)用
隨著ＵＷＢ－ＲＴ商業(yè)化的開始，這項技術(shù)為同時支持高速應(yīng)用和部署低速智能設(shè)備的短距離無線通信系統(tǒng)提供了可能性。ＦＣＣ定義的ＵＷＢ－ＲＴ天線系統(tǒng)，使用簡單的調(diào)制和編碼機制，在短距離內(nèi)可達(dá)到的信息速率超過１００ Ｍｂｉｔｓ。ＵＷＢ－ＲＴ在信息速率和覆蓋范圍之間可以做一個折衷。
許多應(yīng)用場景都適合使用ＵＷＢ－ＲＴ，主要包括高速無線個人網(wǎng)（ＨＤＲ－ＷＰＡＮ）、無線以太網(wǎng)接口鏈路（ＷＥＩＬ）、智能天線區(qū)域網(wǎng)（ＩＷＡＮ）、室外點對點網(wǎng)絡(luò)（ＯＰＰＮ）、傳感器、定位和識別網(wǎng)絡(luò)（ＳＰＩＮ）等。其中，前三種情況中假定ＵＷＢ－ＲＴ設(shè)備網(wǎng)絡(luò)是部署于居民區(qū)或者辦公區(qū)，主要傳送用于娛樂的無線視頻、音頻和控制信號；第四種情況提供室外點對點連接；第五種則考慮到了工商業(yè)環(huán)境。
１． ＨＤＲ－ＷＰＡＮ
�。龋模遥祝校粒蔚亩x為：每個房間的活動設(shè)備為５～１０個，覆蓋范圍１～１０ ｍ，數(shù)據(jù)速率為１００～５００ Ｍｂｉｔｓ，主要基于點對點拓?fù)�。使用現(xiàn)有的有線或者無線標(biāo)準(zhǔn)，通過中繼與外部相連。 ２． ＷＥＩＬ
可以將ＨＤＲ的概念擴(kuò)展到更高的數(shù)據(jù)速率，如１或２．５ Ｇｂｉｔｓ。ＷＥＩＬ應(yīng)該滿足以下需求：ＰＣ廠商需要以太網(wǎng)線的替代品；消費者要求在ＰＣ和ＬＣＤ屏之間高質(zhì)量的無線視頻傳輸能力，可以傳無線數(shù)字視頻。
３． ＩＷＡＮ
ＩＷＡＮ位于室內(nèi)或者辦公室等設(shè)備密度高的地方，覆蓋范圍為３０ ｍ。對設(shè)備的要求是：低成本，低功率消耗（如１～１０ ｍｗ）可以幫助用戶組建家庭辦公室的智能分布網(wǎng)。設(shè)備須具備定位準(zhǔn)確、能進(jìn)行跟蹤、對環(huán)境敏感等功能，而這在當(dāng)前的窄帶短距離的網(wǎng)絡(luò)中不太容易實現(xiàn)。在這種情況下，無線最后一英里或者到外部的可用連接可以用來發(fā)送報警、控制信號，或者遠(yuǎn)程檢查家庭周圍傳感器的狀態(tài)。
４． ＯＰＰＮ
�。眨祝拢遥栽O(shè)備部署在室外，主要適用于ＰＤＡ上行和信息交換、新聞文本、圖片和視頻的下載。采用標(biāo)準(zhǔn)的種類將決定ＯＰＰＮ結(jié)構(gòu)是使用集中式還是分布式的，這是一個需要進(jìn)一步研究的課題。
歐洲即將采用的ＵＷＢ－ＲＴ標(biāo)準(zhǔn)將嚴(yán)格限制支持室外的ＵＷＢ－ＲＴ設(shè)備的部署。然而，這種情況可能會改變，因為ＵＷＢ－ＲＴ管制的使用也將不斷進(jìn)步，如同過去其它無線業(yè)務(wù)所經(jīng)歷的一樣。
５． ＳＰＩＮ
�。樱校桑蜗到y(tǒng)設(shè)備密度高，每層幾百個，主要位于工廠或者倉庫，發(fā)送帶有定位信息的低速數(shù)據(jù)包。ＳＰＩＮ設(shè)備使用范圍較大，為主從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，單獨設(shè)備和主站之間的距離可達(dá)１００ ｍ。在工業(yè)應(yīng)用中，ＳＰＩＮ需要高級鏈路可靠性和自適應(yīng)的系統(tǒng)特征，以對動態(tài)改變的接口和傳播環(huán)境作出反應(yīng)。
另外值得注意的是，ＵＷＢ－ＲＴ將起到一個重要的作用：根據(jù)用戶需求提供有效的業(yè)務(wù)。目前的一個遠(yuǎn)景目標(biāo)是，能在不同場景下實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的無縫共存和互操作。因此，設(shè)計有效的連接、自動漫游機制和數(shù)據(jù)鏈路的自適應(yīng)是將來一個重要的研究課題。
管制和標(biāo)準(zhǔn)化
考慮到ＵＷＢ－ＲＴ系統(tǒng)的新特點，要與現(xiàn)有的業(yè)務(wù)兼容并保證不同廠商設(shè)備之間的互操作性，還有大量的工作要做。
在歐洲，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ＥＴＳＩ）在兩年前就開始行動了，它為部署非專用 ＵＷＢ設(shè)備建立了一個立法框架，由ＥＭＣ和無線頻譜技術(shù)委員會（ＴＣ－ＥＲＭＣ）的ＴＧ３１組與歐洲郵電管理局（ＣＥＰＴ）ＳＥ２１負(fù)責(zé)。ＥＴＳＩ正考慮這項技術(shù)的最佳選擇和與其它業(yè)務(wù)的頻率共享。
在亞洲，近年來關(guān)注ＵＷＢ－ＲＴ并有所行動的主要是日本和新加坡。２００２年９月，日本信息通信技術(shù)分會向總務(wù)省（ＭＰＨＰＴ）提交了ＵＷＢ－ＲＴ的草案，為ＵＷＢ－ＲＴ的標(biāo)準(zhǔn)化做準(zhǔn)備。此外，日本的通信研究實驗室（ＣＲＬ）正與主要的工業(yè)伙伴共同研究，開發(fā)基于ＵＷＢ－ＲＴ的商用系統(tǒng)。２００３年初，新加坡的信息發(fā)展署（ＩＤＡ）建立了一個ＵＷＢ－ＲＴ試驗區(qū)，可以對ＵＷＢ進(jìn)行試驗，給ＵＷＢ－ＲＴ開發(fā)者提供了一個進(jìn)行實地試驗的機會。
�。眨祝拢遥蕴峁┝肆己玫那熬�，具有很大的潛力，同時也向管制提出了一個挑戰(zhàn)。ＦＣＣ許可的ＵＷＢ－ＲＴ信號源僅能發(fā)射很小的功率，通信距離較短，而且使用的是已經(jīng)分配給其它業(yè)務(wù)的頻段。然而，很少有人關(guān)注ＵＷＢ－ＲＴ信號源可能帶來的干擾問題，更多人認(rèn)為應(yīng)該關(guān)注ＵＷＢ－ＲＴ設(shè)備是否應(yīng)該大量增加，并試圖讓其變得無所不在。在一個很小的范圍內(nèi)，幾百個ＵＷＢ－ＲＴ發(fā)射機同時工作可能會對周圍的其它業(yè)務(wù)如導(dǎo)航、救援、移動或者固定無線接入業(yè)務(wù)產(chǎn)生有害的干擾。到目前為止，ＵＷＢ－ＲＴ組織花費了很大精力來解決上述問題，提出和設(shè)計了可以避免產(chǎn)生這些干擾的系統(tǒng)。
�。疲茫煤停牛裕樱� ＥＲＭ ＴＧ３１ａ都制定了嚴(yán)格的規(guī)則，以保證新的ＵＷＢ－ＲＴ產(chǎn)品是安全的，并不斷對其進(jìn)行改善。在歐洲，一些運營商和組織正在努力保護(hù)所有可能受影響的業(yè)務(wù)，另外多數(shù)業(yè)務(wù)提供者都在積極參與ＣＥＰＴ ＳＥ２４組的技術(shù)開發(fā)活動。這些運營商和組織有：固定無線接入（ＦＷＡ）運營商（其受影響的頻段為３．５，３．６～４．２，４．４～５．０ ＧＨｚ），蜂窩網(wǎng)運營商（９１５，１ ８００～２ １００ ＭＨｚ）和空間科學(xué)組織（４０６～４０６．１，１ ４００～１ ４２７，１ ５４４～１ ５４５， ５ ２５０～５ ４６０ ＭＨｚ）等。
廣泛支持ＰＨＹ和ＭＡＣ層工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也是ＵＷＢ－ＲＴ成功部署的一個前提。在結(jié)合數(shù)據(jù)通信和定位能力的短距離無線通信系統(tǒng)中，盡管標(biāo)準(zhǔn)在多大程度上依賴于應(yīng)用還有爭論，將來的ＵＷＢ－ＲＴ將選擇一個唯一的ＰＨＹ／ＭＡＣ標(biāo)準(zhǔn)和聯(lián)網(wǎng)功能。
在ＩＥＥＥ內(nèi)部，任務(wù)組３ａ（ＴＧ ３ａ）集中在定義可選的ＰＨＹ（Ａｌｔ－ＰＨＹ）基于ＵＷＢ－ＲＴ的８０２．１５．３。這個新定義的Ａｌｔ－ＰＨＹ將對多媒體分布域的消費者需求作出響應(yīng)，與已經(jīng)設(shè)計好的ＭＡＣ（８０２．１５．３ａ）提供標(biāo)準(zhǔn)特點和新技術(shù)的結(jié)合，預(yù)計會在２００５年得到批準(zhǔn)。在新定義的ＰＨＹ層之上采用預(yù)先定義的ＭＡＣ層，將是ＵＷＢ－ＲＴ商業(yè)應(yīng)用開發(fā)的第一階段。盡管這種方法會降低整個系統(tǒng)的效率和ＱｏＳ級別，但這是一種可行的折衷方案，有助于加速ＵＷＢ－ＲＴ的商業(yè)部署。
與標(biāo)準(zhǔn)化努力同時進(jìn)行的是無線標(biāo)準(zhǔn)品牌形象的建立。２００２年９月，柯達(dá)、惠普和Ｘｔｒｅｍｅｓｐｅｃｔｒｕｍ等公司發(fā)起并成立了便攜式設(shè)備與視聽設(shè)備之間高速無線多媒體通信的ＷｉＭｅｄｉａ聯(lián)盟，以促進(jìn)數(shù)碼相機、ＭＰ３播放機、攝像機等設(shè)備之間的無線圖像、視頻傳輸，并推進(jìn)ＩＥＥＥ ８０２．１５．３的標(biāo)準(zhǔn)化工作。此外，一個新成立的工作組，ＩＥＥＥ ８０２．１５．３ａ，正在分析制定一個基于ＵＷＢ－ＲＴ的低速、低功率和低成本的ＷＰＡＮ技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié) 語
對于短距離高速ＷＰＡＮ，ＵＷＢ－ＲＴ有希望成為一項可行和有競爭力的無線技術(shù)，因為ＵＷＢ－ＲＴ有能力支持以用戶為中心的個人無線通信世界。ＵＷＢ－ＲＴ的新特點，可能成為短距離無線設(shè)備和應(yīng)用的基礎(chǔ)，在未來的泛網(wǎng)中，對用戶而言，從一個網(wǎng)絡(luò)過渡到另一個網(wǎng)絡(luò)將是透明的。盡管存在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管制方面的諸多挑戰(zhàn)，各種研究和開發(fā)仍在努力與全球管制框架相結(jié)合，這將進(jìn)一步增加ＵＷＢ－ＲＴ成為新的智能短距離聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和業(yè)務(wù)首選技術(shù)的機會。
