《電子技術應用》
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寬帶泛在網絡發展及UWB技術特性
摘要: 寬帶泛在網絡從提出到實際發展,已經越來越被業界所重視。其中,UWB技術是現今正被廣泛研究和推向應用的一種新興無線技術,為包括寬帶泛在/普適通信在內的各類無線技術新發展與新應用開辟了大量新機遇。
Abstract:
Key words :

寬帶泛在網絡從提出到實際發展,已經越來越被業界所重視。其中,UWB技術是現今正被廣泛研究和推向應用的一種新興無線技術,為包括寬帶泛在/普適通信在內的各類無線技術新發展與新應用開辟了大量新機遇。

寬帶泛在網絡發展走勢

邁向NGN、NGBWM途徑中,全球無線移動通信發展呈八大走勢,即寬帶移動化、移動寬帶化、傳輸IP化、接入多樣化、網絡自適應化、系統互補綜合化、應用個性/個體泛在化及有線/無線與“三網”融合一體化。

從廣義角度觀察,由聯合國下屬的ITU提出的NGN可望為一種向GII邁進的目標網絡。NGN目標網絡不是下一代Internet網,亦不是下一代PSTN電話網及下一代電信網與下一代有線電視網及廣播電視網,而是一代逐步由新的分組交換傳送及IP協議為基礎的有機融語音、視像、數據于一體的面貌全新的網絡,它將真正使網絡設施不受時間、空間和帶寬的限制,充分實現網絡個性化與個體化。

軟件無線電技術(SDR)及認知無線電(CR)等等一系列有效的軟硬件工程技術的誕生與改進,將使各類網絡均可采用分層及全開放模式,基于獨立的模塊化結構,實施業務驅動,使業務、呼叫控制、承載完全分離,實施有效與逐步完善的自適應資源管理,從而以優良的性能價格比、兼顧好前后向兼容的過渡方式,平滑地向IP化網絡演進。

我國目前在推進的新一代寬帶無線移動通信,將緊密結合中國國情,并積極自主創新,將寬帶移動通信、寬帶無線接入及RFID/NID/UWB等WPAN/WBAN技術有機集成融合于一體,有效構建有中國特色的個性化/個體化寬帶泛在/普適無縫連接的NGBWMC網絡。

日本與韓國由“e”目標轉向“u”目標、ITU及IEEE對泛在網絡發展的重視、我國“863”及新一代寬帶無線移動通信目標均實質描準“u”等等,均為支持未來寬帶泛在網絡發展的明顯示例。2009年2月巴塞羅那舉行的移動世界大會上亮相的全球寬帶無線移動通信系統軟硬件及終端與應用最新進展,也都反映了寬帶泛在網絡發展的階段進展與亮點。

UWB技術發展與市場前景

UWB技術是現今正被廣泛研究和推向應用的一種新興無線技術,由于其窄脈沖高浸透能力、高數據速率(100Mbit/s—1.3Gbit/s)、低功耗、低費用等特點,為包括寬帶泛在/普適通信在內的各類無線技術新發展與新應用開辟了大量新機遇;同時,由于其占用極寬帶寬資源,與其它系統共享頻譜,這給干擾、協調、兼容等相關領域的研究又帶來了新的挑戰。

UWB的定義與三大特征

UWB以FCC工作為基礎,定義為其傳輸頻帶超越其中心頻率25%以上或者其傳輸帶寬超越1.5GHz(后為擴展其商業應用,將此要求放松為500GHz)的無線通信技術。美國FCC已于2002年2月14日批準UWB技術商用,運行頻率必須高于3.1GHz或低于960MHz,限制在GPS占用的1559~1601MHz頻帶運作,以避免干擾GPS,并正在探索制訂一個更靈活的UWB標準,以便共享帶寬,更好地利用緊缺的頻譜資源。但不同國家與區域往往會根據其實際情況制定UWB的頻率使用范圍。

UWB的優越性在于它有三大技術特征,一是瞬間高速脈沖運作,大大降低了其耗電量,傳輸期間亦僅為數十微瓦,為現有通常系統的1/100~1/10000,并以很低功率譜密度運作,從而獲得很強的電磁兼容能力;二是此低能耗狀況可導致能以CMOS技術實現面向Gbit/s量級高速傳送的RF電路裝備,這是目前Ku/Ka/V/Q/W等高頻段系統所難以實現的;三是不僅此高速脈沖技術可用于極高精度的人與物的定位應用,同時還能穿透墻壁等障礙可實現貫穿性視頻傳送及地質勘探傳感等,具有巨大軍用、商用潛能。

UWB通過一種特殊的芯片,可以實現方園50英尺范圍內穿墻數字視頻傳送,這對方興未艾的寬帶無線接入是一個鼓舞人心的信號。FCC已確定了需規定其發射功率標準的三類具體商用對象:地質勘探及可穿透障礙物的傳感,汽車防沖撞傳感及家電設備與便攜終端間的無線數據通信等。因此,不難理解許多國際大企業爭相加大UWB的研發力度。

這種抗干擾能力極強的高精度、并具很強墻壁等障礙物穿透能力的寬帶視頻定位系統亦有很高的軍事應用潛力。索尼、西門子、英特爾、飛利浦、微軟、三星及Diamler、Chrysler等諸多公司均看中UWB的商用前景,擬運用該技術進行未來大量普及應用的高速數字視頻多媒體信號傳送,其傳輸速度能力將為目前有線電視的10倍以上。當然,從軍用角度,一些公司也在利用UWB技術取得其運作支持。

無論商用或軍用,UWB的應用前景是毫無疑問的。具體而言,如UWB技術可用于穿墻成像、大地成像、公路調度、生命探測、信息通信、車載雷達、醫療電子、物體探傷、近距離高精度定位、半導體集成電路布線及UWB測量等各種領域應用。

就信息通信領域而言,UWB可應用于移動通信、計算機及其外設、消費電子、信息安全等諸多方面,如家用HDTV圖像傳送、數字家庭寬帶無線連線、高速集成電路設計乃至取代模塊間連線、消費電子中高速數據傳輸、個人無線存儲、高清圖片及視頻顯示、高分辨彩照打印、汽車視頻與媒體中心、手機遙控個人設備寬帶互聯以及個體域層面進行投影在眼鏡上的屏幕、戴在手腕上的鍵盤及穿戴在身上的計算機及手機等設備間的寬帶高速無線互聯等等。UWB的高速下載速度快速且有效,如帶硬盤10Gbit的MP3播放器下載,用藍牙需32小時,用802.11b需2小時,而用高速UWB僅需3分鐘不到。

關于UWB全球產品增長預測,ETSI的一些早期數據為2005年1500萬臺、2007年1.65億臺、2009年5.43億臺;就硬件版權保護安全設備UWBDongle(常稱UWB“加密狗”或“硬件鑰匙”)的發展,一些機構預測稱2011年可達100萬~200萬件,以后每年可能按1~2倍速率增長!

 

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